В настоящее время на отечественных и зарубежных глиноземных заводах, перерабатывающих бокситы, помимо основного продукта - глинозема, извлекают из сырья также редкие металлы - галлий и ванадий. Кроме того бокситы содержат значительные количества железа, кремния, титана и малые количества таких редких металлов, как скандий, германий и др. Следовательно, бокситы являются ценным сырьем.

Основными факторами, определяющими месторасположение глиноземных производств, является близость к сырьевой и топливной базам, к источникам снабжения, возможность обеспечения значительным количеством воды, а также близость к алюминиевым заводам.

Город Павлодар является административным центром одной области, расположен на правом берегу Иртыша. И находится на железнодорожной магистрали.

Основными факторами, благоприятствующих для размещения здесь глиноземного завода, являются:

близость месторождения;

близость топливной базы;

возможность обеспечения водой практически в неограниченном количестве из реки Иртыш.

2.2 Характеристика рельефа местности

Под строительство здания по производству глинозема отводится площадка, расположенная на территории Павлодарского алюминиевого завода.

Грунты, слагающие площадку, относятся к первой категории просадочной толщи. Здание цеха одноэтажное, железобетонное.

Площадь застройки - 5024 м²

сейсмичность района - 4 балла

ветровой напор - 50 кг/м².

Основанием фундамента приняты суглинистые отложения, расположенные на глубине 2,8; 3,0 метров от поверхности земли. Уровень грунтовых вод 12,0 и не является агрессивной средой для фундамента зданий.

Район расположения завода относится у суровым, зимой до

40^о С, а летом +40^о С, климатическими условиями.

Глубина промерзания зданий 2,02,5 м. Капитальные затраты на строительство зданий составляют значительную часть расходов.

2.3 Состав генерального плана, перечень всех зданий и сооружений, их площадей

Цех выщелачивания находится в самом центре завода. Это связано с тем, что он является основным звеном в процессе Байера. Пульпа поступает с мокрого размола. Продукты выщелачивания, алюминатный раствор направляется на декомпозицию, красный шлам на спекание (доизвлечение алюминия). Оборотный раствор, который участвует в процессе выщелачивания, поступает с выпарки. Как мы видим, основные потоки проходят через этот цех.

Все участки соединены галереями, по ним проходят все трубопроводы. Все оборудование находится под одним зданием. Вокруг него проходит асфальтированная дорога. И рядом проходит главная дорога завода. Также предусмотрено место для строительства нового оборудования, в случае увеличения производства.

Также у цеха есть складские помещения, там хранится ржаная мука (коагулянт) и макулатура (целлюлоза), как фильтрирующий слой в контрольной фильтрации.

2.4 Основные планировочные решения

Завод находится в восточной зоне города. И находится за границей города на расстоянии 5 км. В стороне основных ветров. Поэтому большинство вредных примесей не попадает в город, а уносится за его пределы.

Вокруг завода на расстоянии 1 км посажены зеленые насаждения. И эта зона не подлежит застройке жилым массивом. Вокруг цехов есть газоны с зелеными насаждениями. Проходит постоянное орошение дорог водой. И вся грязь смывается в канализацию. Идет постоянный контроль за экологическим состоянием промышленной зоны. Постоянное обновление старых и засохших насаждений.

Гидрометаллургическое производство алюминия - одно из самых экономически чистых производств. И это является основным достоинством предприятия.

2.5 Транспорт внутризаводской и внешний

Внутри завода проходит асфальтированная дорога. По ней проходят основные сообщения между цехами и по ним доставляется нужное оборудование и продукты, сырье, участвующее в процессе производства.

Также к заводу подходит железная дорога, по ней доставляется часть сырья, оборудования, материалы для ремонта. Еще завод сообщен с автомагистралью, судовым сообщением, по ним тоже могут перевозиться грузы и сырье.

3. Технологические решения, обеспечение энергоресурсами

3.1 Сырьевая база, характеристика сырья

Бокситы - это горная порода, содержащаяся оксид алюминия, кремний, оксиды железа и другие металлы.

Среди стран мира Казахстан по запасам занимает 15 место. Месторождения бокситов, учитываемые Госбалансом запасов в Северном Казахстане, сосредоточены в трех основных бокситовых районах: ЗападноТургайском, ЦентральноТургайском и ВосточноТургайском, запасы составляют соответственно 88,3; 45 и 7,2 % от разведанных запасов по региону.

ВосточноТургайский бокситовый район расположен в Тургайской области. В районе учитывается балансом 6 месторождений бокситов: Аркалыкское, Северное, НижнеАшутское, ВерхнеАшутское, Уштобинское и Актасское. В рудах месторождений за исключением Актасского, учитываются также запасы галлия и огнеупорных глин.

ЗападноТургайский район включает в себя месторождения: Аятское, Краснооктябрьское, Белинское, Зимнее, ВосточноАятское, Таунсорское, Карабайтальское, Клубное, ВосточноКозыревское, Варваринское, Покровское, СевероЛиванское; ЦентральноТургайский район: Приозерное, Кушмурунское, ЗападноУбаганское и разведываемое Коктальское.

Все отрабатываемые месторождения ЗападноТургайского бокситоносного района имеют сходное геологическое строение: продуктивная толщина - бокситы каменистые, глинистые, рыхлые. Пестроцветные глины заполняют эрозионнокарстовые впадины в палеозойском фундаменте пород, перекрытых чехлом песчаноглинистых отложений. Мощность покровных месторождений 560 метров, мощность рудных тел 2,5100 м. Все комплексы пород обводнены. Покров и продуктивная толща содержат безнапорные и слабонапорные воды, известняки содержат напорные воды. Все месторождения отрабатываются открытым способом.

Бокситы даже в пределах одного месторождения характеризуются значительным разнообразием химического и минералогического состава.

Оксид алюминия входит в состав минералов диаспора, бемита, гидраргилита, корунда. Часто эти минералы свободного глинозема генетически тесно связаны с каолинитом и галлуазитом и через них - с группой гидрослюд и другими алюмосиликатами. Основными железосодержащими минералами бокситов являются гематит, гетит, гидрогематит и гидрогетит. Кроме них могут присутствовать в незначительных количествах магнетит, сидерит и др. Минерологический двуоксид титана в бокситах представлен в виде рутила и, отчасти, анатаза, брукита и др. В состав бокситов входят также минералосодержащие кальций, магний, фосфор и сера.

Наибольший интерес представлен Краснооктябрьским месторождением бокситов, расположенным в центральной части ЗападноТургайского района. По литологическим особенностям и возрасту бокситоносные осадки месторождения разделяют на два горизонта: нижний подрудный и верхний рудный.

Подрудный горизонт представлен пестроцветными (красноватокоричневыми, бурыми, желтым, иногда серыми) глинами часто с оболочной структурой. Краснооктябрьское месторождение представлено двумя рудными полями: Северным (15 залежей бокситов) и Южным (9 залежей бокситов). Рудные тела и залежи бокситов обладают изменчивым химическим и литологическим составом бокситовых руд. Среди литологических разновидностей месторождений выделяются каменистые (35 %, рыхлые (57 %) и глинистые (8 %). Основными породообразующими минералами бокситов являются гиббсит, гидрогематит и каолинит.

Аятское месторождение бокситов расположение в северной части ЗападноТургайского района, в котором находится около 10 рудных участков. Бокситовые залежи сложены тремя литологическими разновидностями, среди которых выделятся: каменистые (49,1 %), рыхлые (15,5 %), глинистые (33,3 %), а также аллиты (2,2 %). По минералогическому составу бокситы Аятского месторождения относятся к гиббситовому типу. Породообразующими минералами бокситов являются гиббсит, каолинит, гетит, гематит, минералы, титана, сидерит.

Белинское месторождение расположено в северной части ЗападноТургайского бокситового района.

Рудный горизонт образован глинистыми, рыхлыми, каменистыми бокситами, аллитами и бокситовыми глинами. Бокситовые запасы месторождения сгруппированы в четыре обособленны участка: Южный, Северный, Западный и Карасорский. Бокситы представлены каменистыми (30,2 %), рыхлыми (30,42 %) и глинистыми (36,5 %) литологическими разновидностями. По минералогическому составу бокситы относятся к трехгидратному (гиббситовому) типу. Основными породообразующими являются гиббсит, каолинит, гематит и гидрогематит. В небольших количествах присутствует корунд, кварц, кальцит, сидерит и рутил.

Бокситы Краснооктябрьского, Аятского и Белинского месторождений относятся к Краснооктябрьскому рудоуправлению и отличаются от широко известных тургайских (запасы которых практически исчерпаны) по химическому и вещественному составу, поэтому особенно важно всесторонне их изучение в связи с промышленным использованием.

В таблице 3 приведен химический состав литологических разновидностей бокситов с указанием месторождения.

Таблица 3 - Состав литологических разновидностей бокситов

Из таблицы следует, что бокситы имеют различный химический состав. Содержание глинозема колеблется в пределах 39,555,3 %, а SiO₂ - 3,213,6 %. В широком диапазоне изменяется содержание железа от 5,6 до 24,6 %, присутствуют органические вещества.

По данным кристаллооптического анализа проба представлена тонкодисперсным агрегатированным материалом, пропитанным тонко распыленными минералами железа. Гиббсит присутствует в тонкозернистом состоянии в виде зерен неправильной формы размерами до 20 мкм с показателями преломления Nq - 1,591; Np - 1,570. Гиббсит тесно связан с каолинитом, который присутствует в скрыто кристаллической и аморфной форме с показателями преломления Nq - 1,560; Np - 1,553. Кроме того, отмечается гематит в составе небольших агрегатированных скоплений и отдельных бесцветных кристаллов неправильной формы размерами 810 мкм. Бесцветные кристаллы кварца имеют неправильную форму размерами 1520 мкм, отмечаются единичные зерна анатаза.

Таким образом, вещественный состав представлен в основном минералами гиббсит, каолинит, сидерит, гематит, гетит [2].

3.2 Режим работы цеха

Организация предприятия зависит от характера производственных процессов, составляющих совокупность взаимосвязанных трудовых и естественных процессов, преобразующих сырье, материалы, полуфабрикаты в готовую продукцию.

Для металлургических предприятий цветной металлургии характерны непрерывно протекающие механические и химические изменения предметов, многоступенчатые процессы производства. В цветной металлургии самый большой из всех других отраслей расход сырья и материалов на единицу продукции.

Для производственных процессов в цветной металлургии характерны крупные агрегаты, требующие коллективного обслуживания, строгой согласованности в ходе протекания технологических процессов и неукоснительного соблюдения регламентированных режимов.

Рациональные формы организации производственных процессов должны исходить из характера принятой технологии. По характеру протекания производственных процессов во времени различают периодические и непрерывные.

Непрерывные процессы протекают без остановки оборудования для загрузки сырья и материалов и выгрузки продукции, которые осуществляются одновременно с основными изменениями предмета труда. Загрузка и выгрузка материалов осуществляется непрерывно или через определенные интервалы времени [3].

Режим работы в цехе непрерывный. Установлен 8часовой рабочий график. График выходов трехсменный. Число рабочих бригад, обслуживающих в течение суток данное производство, три смены. Одна бригада находится на отдыхе. Цикл графика через 12 дней.

3.3 Анализ научно-исследовательских работ

До недавнего времени при переработке низкокачественных бокситов Казахстана на глинозем основные проблемы были обусловлены высоким содержанием в них оксидов кремния и железа. Для снижения содержания этих компонентов предложены различные варианты обогащения бокситов, сведения о которых обобщены в работах [4].

В этих работах исследователями решались две основные задачи: удаление кремнийсодержащих и тяжелых магнитных минералов.

Эффективность тех или иных способов обогащения во многом зависит от структурных и минералогических особенностей бокситов. В отдельных случаях наиболее эффективными оказались химические, радиометрические, электростатические методы обогащения некондиционных бокситов. Однако, как правило, использование гравитационных, флотационных, магнитных и других методов обогащения позволяет решить вполне определенную задачу применительно к одному, редко к нескольким видам сырья.

В связи с тем, что не представляется возможным анализ всех известных методов обогащения, остановимся на некоторых интересующих нас исследованиях.

Проведены исследования по обогащению бокситов Краснооктябрьского месторождения трех литологических разновидностей: каменистой, рыхлой и глинистой. Изучение обогатимости проводилось в двух направлениях:

получение бокситовых концентратов, пригодных для переработки по способу Байера;

промывка исходного боксита с получением шламов с влажностью не более 60: (после фильтрации), пригодных к последующей переработке по способу спекания.

Технологическая схема обогащения предусматривала дробление до 2550 мм и отделения рыхлой фракции 5,0 мм. Плотную часть боксита подвергали стадийному дроблению и грохочению с получением материала крупностью 5,0 мм. Оба продукта классифицировали: плотный по зерну 0,4 мм и рыхлый 0,2 мм.

После этого крупные фракции совместно измельчали до 0,2 мм и подвергали магнитной сепарации, а шламовые продукты флотировали. Таким образом, объединенный бокситовый концентрат содержал, %: Al₂O₃ 49,42; Fe₂O₃ 16,21; SiO₂ 5,42; СО₂ 0,45; M_si 9,1 [5].

Авторами работы [6] предложены методы обогащения Аятского месторождения с применением фотометрической и радиометрической сепарацией. Использование этих методов позволяет выделить из фракции +10 мм 5060 % обогащенного боксита с кремневым модулем больше 10 единиц.

Термические способы кондиционирования бокситов, по сравнению с рассмотренными, отличаются большей универсальностью. Обжиг, благодаря удалению технически вредных примесей и влаги, позволяет снизить транспортные расходы, а также уменьшить эксплуатационные расходы и улучшить техникоэкономические показатели последующих переделов.

В работе [7] с целью удаления карбонатов обжиг предлагается осуществлять в печах кипящего слоя. Температура разложения пририоных карбонатов зависит от минерального состава (сидерит, кальцит, доломит) и от дисперсности. В результате обжига степень разложения карбонатов составила 55 %, а извлечение глинозема из обожженного боксита находилось на уровне 7072 %.

В условиях Павлодарского алюминиевого завода при переработке высокожелезистых бокситов возникла проблема в процессе спекания красных шламов, обогащенных оксидами железа.

Как известно, в процессе Байера минералы железа являются балластным компонентом, увеличивающим выход красного шлама. Высокое содержание соединений железа в красном шламе приводит к осложнениям процесса спекания шламовой шихты. Поэтому проблеме вывода соединений железа из бокситов посвящены работы многих исследователей, предлагающих сочетание термических, химических и магнитных процессов.

В работе [8] с целью очистки алюминиевых руд от соединений железа предлагается восстановительносульфидизирующий обжиг с последующим хлорированием и возгонкой хлорного железа.

Предлагается удалять оксиды железа из предварительного обогащенного боксита обработкой соляной кислотой. При этом удаляется до 91 % железа.

Таким образом, традиционные и специальные способы обогащения позволяют получить из низкокачественного сырья концентрат с высоким содержанием полезного компонента. Но в большинстве случаев исследования не вышли за рамки опытных работ, а предлагаемые схемы сложны в аппаратурном и технологическом оформлении.

Отсутствие достаточно эффективного способа переработки высококарбонатных бокситов показывает необходимость дальнейших исследований по разработке способа получения глинозема из такого вида сырья. Решение данного вопроса позволит расширить сырьевую базу глиноземного производства [2].

3.4 Анализ работы действующего предприятия