Расчет материального баланса производства глинозема способом Байера. Оценка распределения в нем органических примесей
Промышленные способы получения глинозема. Основы способа Байера. Взаимодействие органических веществ с растворами NaOH. Материальный баланс производства глинозема из бокситов. Расчет состава и количества оборотного раствора. Методы каустификации соды.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 22.11.2013 |
Размер файла | 357,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Курсовой проект
Расчет материального баланса производства глинозема способом Байера. Оценка распределения в нем органических примесей
1. Способ Байера. Общие сведения
Промышленные способы получения глинозема
Из различных алюминиевых руд глинозем можно получать щелочными и кислотными способами вследствие наличия у него амфотерных свойств. В промышленности применяются пока только щелочные способы; чисто кислотные и кислотно-щелочные способы находятся в стадии лабораторных и полузаводских исследодваний.
Промышленные щелочные способы производства глинозема из бокситов, нефелинов и алунитов подразделяют на:
1. гидрохимический (способ Байера);
2. способ спекания;
3. комбинированный способ (сочетание способа Байера со способом спекания в параллельном или последовательном варианте).
Для нефелиновых руд применяется только способ спекания с известняком или с известняком и содой. выбор же способа переработки бокситов определяется следующими основными факторами:
1. кремневым модулем;
2. содержанием Fe2O3;
3. содержанием вредных примесей: карбонатов, сульфидов и органических веществ;
4. минералогическим составом сырья.
При прочих благоприятных условиях бокситы с кремневым модулем >6-7 целесообразно перерабатывать по способу Байера, бокситы с кремневым модулем <6 и с умеренным содержанием оксида железа (не более 20% Fe2O3) - по последовательному варианту комбинированного способа Байер-спекание и, наконец, бокситы с модулем <6, но с повышенным содержанием Fe2O3 - по способу спекания. Под благоприятными условиями имеется в виду малое содержание в бокситах карбонатов и сульфидов (особенно FeCO3 и FeS2). Из-за повышенного содержания этих примесей может оказаться невыгодным способ Байера для бокситов с кремневым модулем >6-7 вследствие больших потерь каустической щелочи (переход ее в соду и сульфат натрия), плохого отстаивания красного шлама и загрязнения алюминатных растворов двухвалентным железом.
Способ Байера - самый дешевый и самый распространенный, однако лдя его осуществления требуются высококачественные бокситы. Способ спекания - наиболее дорогой, но более универсальный и может применяться к любому высококремнистому алюминиевому сырью. С большим успехом применяются комбинированные щелочные способы. Параллельный вариант используют для термической каустификации соды и компенсации потерь дорогой каустической щелочи более дешевой содой; для спекательной ветви этого варианта может применяться как высококачественный байеровский боксит, так и спекательный. Последовательный вариант комбинированного способа по технико-экономическим показателям занимает промежуточное положение между способом Байера и способом спекания и применяется для высококремнистых бокситов для максимального извлечения из них глинозема.
Основы способа Байера
Способ Байера основан на свойстве алюминатных растворов находится в устойчивом состоянии при повышенных температурах и концентрациях и на самопроизвольном их разложении (гидролизе) с выделением в осадок гидроксида алюминия при понижении температуры и концентрации. В основу этого способа положены патенты К. Байера (Германские патенты №43977 от 3 августа 1889 г. и №65604 от 3 сентября 1892 г.), работавшего в России на химическом заводе в Санкт-Петербурге. Согласно этим патентам получение глинозема из бокситов заключается в выщелачивании их оборотными алюминатно-щелочными растворами, отделении красного шлама и разложении насыщенных алюминием алюминатных растворов при перемешивании с затравкой - свежеосажденным гидроксидом алюминия.
Принципиальная схема способа Байера представлена на рис. 1. В зависимости от состава боксита и местных условий могут быть различные варианты этой схемы.
Поступающий на склад боксит после крупного и среднего дробления смешивают с небольшим оъемом оборотного щелочного раствора (ж:т = 0,8-1,2) и направляют в мельницу мокрого размола. Такое низкое отношение ж:т в мельнице обеспечивает максимальную ее производительность. К диаспоровому бокситу добавляют 3-5% извести. Мельницы обычно работают в замкнутом цикле с реечными или спиральными классификаторами, которые иногда заменяют или дополняют гидроциклонами. Пульпа из мельниц собирается в сборниках, куда подают остальное количество оборотного раствора. Здесь ее нагревают паром сепарации до 90-100°С и выдерживают несколько часов при перемешивании для предварительного обескремнивания боксита, т.е. перевода большей части кремнезема из боксита в раствор и далее в осадок в виде гидроалюмосиликата натрия. Этим достигается меньшее зарастание алюмосиликатной накипью трубок подогревателей, через которые проходит пульпа в автоклавы.
Далее пульпа нагревается в системе подогревателей и подается в автоклавную батарею для выщелачивания боксита. Из последнего автоклава батареи «варения» пульпа перетекает в систему сепараторов (пароотделителей), где от самоиспарения алюминатного раствора образуется пар, используемый для предварительного нагрева пульпы в подогревателях перед автоклавами. из последнего сепаратора охлажденная пульпа поступает в мешалки для разбавления промывной водой и далее на отделение и промывку красного шлама в систему сгустителей, работающих по принципу противотока.
Промытый и сгущенный в последнем сгустителе красный шлам откачивается в отвал на шламовое поле, а алюминатный раствор (слив) из первого (основного) сгустителя подается на контрольную фильтрацию для полного отделения взвеси шлама. Чистый алюминатный раствор охлаждается до 55-60°С в теплообменниках и поступает вместе с затравочным гидроксидом на разложение (декомпозицию) в батарею декомпозеров.
После разложения в течении 40-100 ч полученная пульпа гидроксида алюминия поступает на сгущение, отделяется маточный раствор (слив), а сгущенный гидроксид алюминия после классификации по крупности (или без нее) делят на две части: одну часть (крупная фракция в случае классификации) тщательно отмывают от щелочи и отправляют на кальцинацию; другую часть (около ѕ всего гидроксида) используют в качестве затравки. Иногда затравочный гидроксид также предварительно промывают, но не так тщательно, как товарый (для кальцинации).
Маточный алюминатный раствор с и воду от промывки гидроксида (промводу) направляют на выпарку в вакуумные многокорпусные аппараты, где концентрацию Na2Oк в растворе повышают до 200-300 г./л. Так как растворимость соды уменьшается с повышением содержания каустической щелочи в растворе, то часть соды выпадает в виде одноводной по мере выпаривания маточного раствора. При установившемся процессе выпариванием выделяется столько же соды, сколько ее накапливается за весь процесс. Этим предотвращается накопление соды в растворе, и концентрация ее поддерживается в определенных пределах.
Для уменьшения удельного расхода свежей каустической щелочи отделенную от оборотного раствора соду растворяют в воде для каустификации известковым молоком. Получающийся при этом разбавленный раствор каустической щелочи упаривают вместе с маточным раствором или же в отдельных выпарных аппаратах. К упаренному маточному раствору добавляют свежую едкую щелочь для возмещения химических и механических потерь ее, и раствор направляют на выщелачивание боксита.
Готовый гидроксид алюминия фильтруют и прокаливают при температуре около 1200°С во вращающихся трубчатых печах, топочные газы которых тщательно очищают от глинозема.
Взаимодействие органических веществ с растворами NaOH
Помимо основных составляющих - Al2O3, Fe2O3, SiO2 и TiO2, входящих в состав различных минералов, в бокситах могут содержаться многочисленные примеси органических веществ, соединений серы, фосфора, ванадия, хрома, галлия, фтора и др. в малых или незначительных количествах.
В производстве глинозема по способу Байера маточные растворы - оборотные, поэтому даже незначительные примеси в боксите постепенно могут накапливаться в процессе, осложняя его и загрязняя Al(OH)3.
Органические вещества содержатся в бокситах в форме гуминов и битумов. Гуминовые вещества состоят главным образом из гуминовых кислот - продукта превращения лигина. Они хорошо реагируют с растворами щелочей, образуя различные соединения щелочных гуматов, превращающихся в легко растворимый оксалат натрия и в разные смолистые вещества, дающие с едкой щелочью коллоидные растворы.
Гумины имеют сложный состав, химическая формула которых до настоящего времени не установлена. Элементарный состав гуминов может быть выражен следующими средними цифрами: 58% С, 36% О2, 4% Н2, 2% N2 и некоторых др.
Битумы отличаются от гуминов большим содержанием углерода и водорода, они мало растворяются в щелочных растворах. Следовательно, не вся органика, содержащаяся в бокситах, должна рассматриваться как одинаково вредная примесь.
Хотя содержание органических веществ в бокситах составляет только сотые доли процента, а в раствор переходит только гуминовая доля и то лишь часть ее, но, как показала практика, через определенное число циклов в растворах накапливаются значительные количества этих веществ. Многие органические вещества оказывают вредное влияние на выщелачивание бокситов, на сгущение и промывку красного шлама вследствие заметного повышения вязкости алюминатных растворов, причем гидроксид алюминия получается более мелкий. Наконец, эти вещества ухудшают работу выпарных аппаратов и кристаллизацию соды из оборотных растворов.
Основной источник органических веществ - боксит; кроме того, они попадают в растворы в результате взаимодействия их с фильтровальным полотном и органическим флокулянтом (ржаной мукой). Органические вещества частично удаляются на разных переделах, больше всего с красным шламом, готовым гидроксидом алюминия, моногидратом соды (рыжей содой), выделяющимся при выпарке маточных растворов, и с известковым шламом от каустификации рыжей соды. Чем больше органических веществ, тем больше их выходит из цикла этими путями.
По достижении в цикле определенного количества органических веществ наступает равновесие между их поступлением и выводом. При таком равновесии содержание этих веществ должно оставаться ниже предельного, в противном случае нужны дополнительные меры для очистки растворов. Обжиг, а в некоторых случаях и промывка бокситов могут снизить предельную концентрацию органических веществ в алюминатных растворах.
Среди упомянутых выше поглотителей органических веществ из алюминатных растворов на разных переделах наилучшая адсорбционная способность у моногидрата соды. Из-за адсорбции быстро прекращается рост кристалликов моногидрата; выпадающий осадок состоит из мельчайших частиц, следовательно, имеет большую удельную поверхность, а концентрация органических веществ в выпарном растворе до начала кристаллизации соды наибольшая. Моногидрат соды окрашен органикой, поэтому на заводах его называют «рыжей содой». Гидроксид алюминия, полученный декомпозицией, тоже окрашен органическими веществами: он розоватый в отличие от белоснежного гидроксида, получаемого по способу спекания.
Количество органических веществ, адсорбируемых красным шламом, зависит от его выхода, минералогического и дисперсионного состава, т.е. от активной поверхности шлама, а так же от концентрации органических веществ в алюминатном растворе.
2. Материальный баланс производства глинозема из бокситов по способу Байера
Исходные данные
1. химический состав боксита, %:
Al2O3 54,0; Fe2O3 23,6; SiO2 4,0; TiO2 2,2; CaO 2,0; CO2 1,6; п.п.п. 11,0; прочие 1,6 (всего 100%); влага (H2O) 7,0;
2. химический состав извести, %:
CaOакт 86,4; CaOсвяз 2,6; SiO2 3,6; CO2 2,0; прочие 5,4 (всего 100%); влага (H2O) 7,0;
3. товарный выход Al2O3 89,0%;
4. расход извести 3,0% от массы сухого боксита;
5. состав оборотного раствора, г/л:
Na2Oк 300,0; Al2O3 129,87; Na2Oу 26,10; CO2 18,52; H2O 945,50; плотность 1420 кг/м3; бк=3,8;
6. состав алюминатного раствора Al2O3 145,15 г./л; плотность 1240 кг/м3; бк=1,7;
7. потери Na2O 62,9 кг;
8. ж:т в уплотненной пульпе со сгустителя 3,0; с последнего промывателя 2,5;
9. содержание Na2O в жидкой фазе отвального шлама 2,145 г./л;
10. разбавление пульпы при выщелачивании с учетом самоиспарения в сепараторах составляет 1,5%;
11. затравочное отношение (З.О.) 2,0; влажность затравочной гидроокиси алюминия 20,0%; в сгущенной гидроокиси алюминия ж:т=1,0;
12. расход воды на промывку гидроокиси алюминия 1 т, влажность отфильтрованной гидроокиси 10,0%;
13. с моногидратом соды увлекается оборотного раствора 25% от массы влажного осадка;
14. количество извести при каустификации 125% от стехиометрического; степень каустификации 90%;
15. Na2Oобщ в растворе известковой пульпы 10,0%, содержание влаги в отвальном известковом шламе 25,8%.
Расчет потерь
При товарном выходе Al2O3 89,0%, если в 1 т полученного глинозема содержится 990,0 кг Al2O3, потребуется сухого боксита кг. В нем должно содержаться кг Al2O3.
Следовательно, общие потери Al2O3 составляют кг. Из этого количества потерь Al2O3 при дроблении теряется 0,2% Al2O3, или кг, что соответствует потере кг сухого боксита.
На размол поступает кг сухого боксита и сухой извести кг. Потери Al2O3 те же, что и при дроблении, т.е. в сырой пульпе, поступающей на автоклавное выщелачивание, содержится кг сухого боксита.
На выщелачивание поступает, кг:
С бокситом |
|||
Al2O3 |
2051,70·0,540=1107,92 |
||
Fe2O3 |
2051,70·0,236=484,20 |
||
SiO2 |
2051,70·0,040=82,07 |
||
TiO2 |
2051,70·0,022=45,14 |
||
CaO |
2051,70·0,020=41,03 |
||
CO2 |
2051,70·0,016=32,83 |
||
П.п.п. |
2051,70·0,110=225,68 |
||
Прочие |
2051,70·0,016=32,83 |
||
Итого |
2051,70 |
||
Влага |
2051,70·0,07=143,62 |
||
С известью |
|||
CaO |
61,67·0,89=54,89 |
||
SiO2 |
61,67·0,036=2,22 |
||
CO2 |
61,67·0,02=1,23 |
||
Прочие |
61,67·0,054=3,33 |
||
Итого |
61,67 |
||
Влага |
61,67·0,05=3,08 |
Каустика необходимо ввести: м3 или кг.
С каустиком поступает, кг:
Na2Oобщ |
62,90 |
||
CO2 |
5,1·0,141=0,72 |
||
H2O (по разности) |
139,42 |
||
Итого |
203,04 |
Примерный состав красного шлама, кг:
Al2O3 |
, без учета потерь от гидролиза, где 8,2 и 11,0% - потери Al2O3 с красным шламом в нерастворимой форме и общие потери (см. табл. 1) |
||
Na2O |
41,70 |
||
Fe2O3 |
484,20 |
||
TiO2 |
45,14 |
||
SiO2 |
82,07+2,22=84,29 |
||
CaO |
41,03+54,89=95,92 |
||
Прочие |
32,83+3,33=36,16 |
||
П.п.п. |
63,19 |
В красном шламе должно содержаться Fe2O3, TiO2, SiO2, CaO и прочих столько, сколько этих компонентов в автоклавной пульпе.
Масса красного шлама без учета п.п.п. равна кг. П.п.п. подсчитываем так:
1. SiO2 находится шламе в составе гидроалюмосиликата натрия Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O; тогда с 84,29 кг SiO2 связаны кг Al2O3 и кг H2O;
2. CaO в шламе находится в составе CaO·TiO2·H2O; тогда с 45,14 кг TiO2 связанно кг H2O;
3. Al2O3, не связанный в гидроалюмосиликат натрия, находится в шламе в составе 3CaO· Al2O3·6H2O; тогда с кг Al2O3 связанно кг H2O;
4. примем, что 1,85 Fe2O3 находятся в шламе в виде Fe(OH)3, тогда с кг Fe2O3 будет связанно кг H2O.
Итого п.п.п.кг. Всего масса шлама кг, а с учетом потерь 7,79 кг Al2O3 от гидролиза масса шалма составит кг.
Химические потери Na2O несколько ниже, чем то количество, которое должно быть связанно в составе Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O с 84,29 кг SiO2 т.е. в гидроалюмосиликате натрия часть Na2O замещена оксидом кальция.
Вследствие неполной отмывки с отвальным шламом теряется кг Na2O, в том числе 4,69 кг Na2Oк, где 2,5 это ж:т в отвальном шламе; 2,145 - содержание Na2O в жидкой фазе отвального шлама, г/л.
При в жидкой фазе отвального шлама потери Al2O3 составят 4,45 кг, или 0,40%. Остальные потери Al2O3 по переделам принимаем по данным практики.
Составляем таблицу потерь (табл. 1).
Таблица 1. Потери Al2O3 и Na2O
Статьи потерь |
Al2O3 |
Na2O, кг |
||
% от содержания в боксите |
кг |
|||
При хранении и дроблении |
0,2 |
2,22 |
- |
|
При размоле |
0,2 |
2,22 |
0,5 |
|
В красным шламом: |
||||
в нерастворимой форме |
8,2 |
91,21 |
41,7 |
|
в растворимой форме |
0,4 |
4,45 |
5,19 |
|
за счет гидролиза |
0,7 |
7,79 |
- |
|
При декомпозиции |
0,2 |
2,23 |
3,8 |
|
При выпарке и выделении соды |
0,2 |
2,23 |
4 |
|
С известковым шламом |
0,2 |
2,22 |
3,8 |
|
При кальцинации (и с итоговой продукцией) |
0,7 |
7,79 |
4 |
|
Всего |
11 |
122,36 |
62,9 |
Расчет состава и количества оборотного раствора
Выход Al2O3 при декомпозиции
.
Следовательно, в составе алюминатного раствора, поступающего на декомпозицию, содержится Al2O3, кг:
,
где 7,79 - потери Al2O3 на кальцинации, кг;
990,0 - содержание Al2O3 в 1 т глинозема, кг.
Если бы отсутствовали механические потери на декомпозиции, то в маточном растворе осталось Al2O3, кг:
.
С учетом потерь Al2O3 на декомпозиции, выпарке и каустификации соды получим, что в оборотном растворе содержится Al2O3, кг:
(см. табл. 1).
При в нем содержится Na2Oк ;
Na2Oу = 8% от Na2Oобщ, т.е. .
г/л.
Объем оборотного раствора, м3: ;
Масса оборотного раствора, кг: ;
кг;
кг;
кг.
Масса сырой пульпы = масса влажного боксита + масса влажной извести + масса каустической щелочи + масса оборотного раствора.
Масса сырой пульпы, кг: , где 0,50 - потери Na2O при размоле, кг.
Разбавление пульпы при выщелачивании с учетом самоиспарения в сепараторах составляет 1,5%, или кг.
На основании полученных данных составляем баланс автоклавного выщелачивания (табл. 2).
Разбавление и уплотнение пульпы. Промывка красного шлама
Принимаем, что концентрация Na2Oк в жидкой фазе разбавленной пульпы (или в алюминатном растворе) 150,0 г/л; тогда при концентрация Al2O3 145,15 г./л.
При концентрация Na2Oу в алюминатном растворе будет г/л, а концентрация CO2 г/л. При плотности раствора 1240 кг/м3 концентрация H2O составит, г/л:
.
Состав алюминатного раствора приведен в табл. 3.
Со шламом увлекается алюминатного раствора кг,
где 937,69 - масса красного шлама без учета потерь с ним Al2O3 в составе Al(OH)3, кг;
Таблица 2. Баланс автоклавного выщелачивания
Введено, кг |
Получено, кг |
|||||
Боксит: |
Автоклавная пульпа: |
|||||
Al2O3 |
1107,92 |
Al2O3 |
1909,08 |
|||
Fe2O3 |
484,20 |
Na2Oобщ |
2073,90* |
|||
SiO2 |
82,07 |
Fe2O3 |
484,20 |
|||
TiO2 |
45,14 |
SiO2 |
84,29 |
|||
CaO |
41,03 |
TiO2 |
45,14 |
|||
CO2 |
32,83 |
CaO |
95,92 |
|||
прочие |
32,83 |
CO2 |
149,02 |
|||
п.п.п. |
225,68 |
прочие |
36,16 |
|||
H2O |
143,62 |
п.п.п. |
225,68 |
|||
Итого |
2195,32 |
H2O |
6286,09 |
|||
Итого |
11389,48 |
|||||
Известь: |
||||||
CaO |
54,89 |
|||||
SiO2 |
2,22 |
|||||
CO2 |
1,23 |
|||||
прочие |
3,33 |
|||||
H2O |
3,08 |
|||||
Итого |
64,75 |
|||||
Каустик: |
||||||
Na2Oк |
61,89 |
|||||
Na2Oу |
1,01 |
|||||
CO2 |
0,72 |
|||||
H2O |
139,42 |
|||||
Итого |
203,04 |
|||||
Оборотный раствор: |
||||||
Al2O3 |
801,16 |
|||||
Na2Oк |
1850,52 |
|||||
Na2Oу |
160,98 |
|||||
CO2 |
114,24 |
|||||
H2O |
5831,66 |
|||||
Итого |
8758,56 |
|||||
Конденсат |
168,31 |
|||||
Всего |
11389,98 |
Всего |
11389,98* |
|||
*За вычетом потерь (0,5 кг Na2O) на размоле. |
Таблица 3. Состав алюминатного раствора
Компоненты |
Концентрация |
||
г/л |
% |
||
Al2O3 |
145,15 |
11,71 |
|
Na2Oк |
150,00 |
12,10 |
|
Na2Oу |
12,95 |
1,04 |
|
CO2 |
9,19 |
0,74 |
|
H2O |
922,71 |
74,41 |
|
Всего |
1240,0 |
100,0 |
В этом растворе содержится, кг:
Al2O3 |
2813,07·0,1171=329,41 |
||
Na2Oк |
2813,07·0,121=340,38 |
||
Na2Oу |
2813,07·0,0104=29,26 |
||
CO2 |
2813,07·0,0074=20,82 |
||
H2O |
2813,07·0,7441=2093,20 |
С жидкой фазой отвального шлама теряется 4,45 кг Al2O3 и 5,09 кг Na2Oобщ, в том числе 4,69 кг Na2Oк и 0,40 кг Na2Oу. Потери за счет гидролиза составляют 7,79 кг Al2O3 и 4,12 кг H2O.
Тогда с 1-й промводой возвращается на разбавление, кг:
Al2O3 |
329,41-4,45-7,79=317,17 |
||
Na2Oк |
340,38-4,69=335,69 |
||
Na2Oу |
29,26-0,40=28,86 |
||
CO2 |
20,82-0,28=20,54 |
||
H2O (по разности) |
7129,91 |
||
Итого |
7832,17 |
С промводой на разбавление автоклавной пульпы поступает вода, количество которой определяется как разность между количествами воды в алюминатном растворе, красном шламе и автоклавной пульпе.
В алюминатном растворе на 117,10 кг Al2O3 приходится 744,10 кг H2O (см. табл. 3), а на кг Al2O3 приходится H2O
кг,
где 1909,08 - содержание Al2O3 в автоклавной пульпе, кг;
91,21 - то же, Al2O3 в красном шламе, кг;
317,17 - то же, Al2O3 в 1-й промводе, кг.
H2O в промводе содержится:
кг,
где 13578,49 - H2O в алюминатном растворе;
63,19 - п.п.п. в красном шламе;
225,68 - п.п.п. а автоклавной пульпе (см. табл. 2);
6286,09 - H2O в автоклавной пульпе (см. табл. 2).
На основании расчетов составляем балансы разбавления, уплотнения и промывки красного шлама (табл. 4-6).
Таблица 4. Баланс разбавления
Введено, кг |
Получено, кг |
|||||
Автоклавная пульпа (см. табл. 2): |
Разбавленная пульпа |
19034,38 |
||||
Al2O3 |
1909,08 |
Красный шлам: |
||||
Na2Oобщ |
2073,90 |
Al2O3 |
91,21 |
|||
Fe2O3 |
484,20 |
Na2O |
41,70 |
|||
SiO2 |
84,29 |
Fe2O3 |
484,20 |
|||
TiO2 |
45,14 |
TiO2 |
45,14 |
|||
CaO |
95,92 |
SiO2 |
84,29 |
|||
CO2 |
149,02 |
CaO |
95,92 |
|||
прочие |
36,16 |
Прочие |
36,16 |
|||
п.п.п. |
225,68 |
П.п.п. |
59,07 |
|||
H2O |
6286,09 |
Итого |
937,69 |
|||
Итого |
11389,48 |
|||||
Промвода (см. с. 7): |
Алюминатный раствор (по разности): |
|||||
Al2O3 |
317,17 |
Al2O3 |
2135,04 |
|||
Na2Oк |
335,69 |
Na2Oк |
2157,83 |
|||
Na2Oу |
28,86 |
Na2Oу |
238,92 |
|||
CO2 |
20,54 |
CO2 |
169,56 |
|||
H2O |
7129,91 |
H2O |
13582,61 |
|||
Итого |
7832,17 |
Итого |
18283,96 |
|||
Всего |
19221,65 |
Всего |
19221,65 |
Таблица 5. Баланс уплотнения
Введено, кг |
Получено, кг |
|||||
Разбавленная пульпа: |
Красный шлам |
937,69 |
||||
красный шлам (см. табл. 4) |
937,69 |
Алюминатный раствор (в красном шламе): |
||||
алюминатный раствор: |
Al2O3 |
329,41 |
||||
Al2O3 |
2135,04 |
Na2Oк |
340,38 |
|||
Na2Oк |
2157,83 |
Na2Oу |
29,26 |
|||
Na2Oу |
238,92 |
CO2 |
20,82 |
|||
CO2 |
169,56 |
H2O |
2093,20 |
|||
H2O |
13582,61 |
Итого |
2813,07 |
|||
Итого |
18283,96 |
|||||
Алюминатный раствор на декомпозицию (по разности): |
||||||
Al2O3 |
1805,63 |
|||||
Na2Oк |
1817,45 |
|||||
Na2Oу |
209,66 |
|||||
CO2 |
148,74 |
|||||
H2O |
11489,41 |
|||||
Итого |
15470,89 |
|||||
Всего |
19221,65 |
Всего |
19221,65 |
Таблица 6. Баланс промывки красного шлама
Введено, кг |
Получено, кг |
||||
Красный шлам (без учета гидролиза) (см. табл. 5) |
937,69 |
Отвальный шлам (с учетом гидролиза) |
949,60 |
||
Алюминатный раствор (в красном шламе) (см. табл. 5): |
Жидкая фаза отвального шлама: |
||||
Al2O3 |
329,41 |
Al2O3 |
4,45 |
||
Na2Oк |
340,38 |
Na2Oк |
4,69 |
||
Na2Oу |
29,26 |
Na2Oу |
0,40 |
||
CO2 |
20,82 |
CO2 |
0,27 |
||
H2O |
2093,20 |
H2O |
2364,19 |
||
Итого |
2813,07 |
Итого |
2374,00 |
||
Свежая вода на промывку |
7405,01 |
Промвода на разбавление (по разности): |
|||
Al2O3 |
317,17 |
||||
Na2Oк |
335,69 |
||||
Na2Oу |
28,86 |
||||
CO2 |
20,54 |
||||
H2O |
7129,91 |
||||
Итого |
7832,17 |
||||
Всего |
11155,77 |
Всего |
11155,77 |
Разложение алюминатного раствора (декомпозиция)
Из 1805,63 кг Al2O3, поступающих на декомпозицию, в оборотном растворе остается 801,16 кг (см. табл. 2). Теряется на декомпозиции, выпарке и каустификации 6,68 кг Al2O3 (см. табл. 1). Следовательно, с гидроксидом алюминия выпадает кг Al2O3. Выход при декомпозиции . В маточном растворе остается кг Al2O3, а щелочи - такое же количество, что и в алюминатном растворе за вычетом потерь Na2O на декомпозиции (см. табл. 1), кг:
Na2Oк |
1817,45-3,41=1814,04 |
|
Na2Oу |
209,66-0,39=209,27 |
|
CO2 |
148,74-0,28=148,46 |
|
H2O |
11489,41-528,24*=10961,17 |
|
Итого |
13938,55 |
|
* С 997,79 кг Al2O3 в Al(OH)3 связанно 528,24 кг H2O. |
Общая масса гидроксида алюминия кг Al(OH)3.
При затравочном отношении (отношение массы Al2O3 в затравке к массе Al2O3 в алюминатном растворе) с затравкой вносится 3611,26 кг Al2O3 и 1911,84 кг H2O. Итого 5523,10 кг Al(OH)3. При влажности затравочного гидроксида 20% с ним поступает кг маточного раствора.
В 1380,77 кг маточного раствора содержится, кг:
Al2O3 |
||
Na2Oк |
0,009061·1814,04=179,70 |
|
Na2Oу |
0,009061·209,27=20,73 |
|
CO2 |
0,009061·148,46=14,71 |
|
H2O |
0,009061·10961,17=1085,83 |
|
Всего |
1380,77 |
На основании расчетов составляем баланс декомпозиции (табл. 7).
Таблица 7. Баланс декомпозиции
Введено, кг |
Получено, кг |
|||||
Алюминатный раствор (см. табл. 5): |
Пульпа гидроксида алюминия: |
|||||
Al2O3 |
1805,63 |
Al(OH)3 |
7049,13* |
|||
Na2Oк |
1817,45 |
Al2O3 |
4609,05* |
|||
Na2Oу |
209,66 |
H2O |
2440,08 |
|||
CO2 |
148,74 |
|||||
H2O |
11489,41 |
Маточный раствор (по разности) |
15319,32 |
|||
Итого |
15470,89 |
Al2O3 |
885,41 |
|||
Na2Oк |
1993,74 |
|||||
Затравка (гидроксид алюминия) |
5523,10 |
Na2Oу |
230,00 |
|||
CO2 |
163,17 |
|||||
Маточный раствор (в затравке): |
H2O |
12047,06 |
||||
Al2O3 |
79,80 |
Итого |
22368,45 |
|||
Na2Oк |
179,70 |
|||||
Na2Oу |
20,73 |
Потери (см. табл. 1): |
||||
CO2 |
14,71 |
Al2O3 |
2,23 |
|||
H2O |
1085,83 |
Na2Oк |
3,41 |
|||
Итого |
1380,76 |
Na2Oу |
0,39 |
|||
CO2 |
0,28 |
|||||
Итого |
6,31 |
|||||
Всего |
22374,76 |
Всего |
22374,76 |
|||
* Количество Al2O3 определяется как сумма Al2O3, выпадающей с гидроксидом алюминия (997,79 кг) и Al2O3, выносимой с затравкой (3611,26 кг); H2O. |
Сгущение пульпы гидроксида алюминия
При сгущении пульпы гидроксида алюминия образуются сгущенная пульпа с ж:т=1,0 и маточный раствор, поступающий на выпарку. Одна часть сгущенной пульпы фильтруется и гидроксид влажностью 20,0% поступает на затравку; другая часть - продукционный гидроксид, в котором содержится 1526,03 кг Al(OH)3, также фильтруется до влажности 10%, репульпируется водой, промывается водой и поступает на кальцинацию (на прокаливание). С продукционным гидроксидом увлекается кг маточного раствора:
; кг.
В этом маточном растворе содержится, кг:
Al2O3 |
||
Na2Oк |
0,00996·1993,74=19,86 |
|
Na2Oу |
0,00996·230,00=2,29 |
|
CO2 |
0,00996·163,17=1,63 |
|
H2O (по разности) |
120,00 |
По полученным результатам составляем баланс сгущения пульпы гидроксида алюминия (табл. 8).
Таблица 8. Баланс сгущения пульпы гидроксида алюминия
Введено, кг |
Получено, кг |
|||
Пульпа гидроксида алюминия (см. табл. 7): |
Затравочный гидроксид (см. табл. 7) |
5523,10 |
||
Al(OH)3 |
7049,13 |
|||
Маточный раствор затравки (см. табл. 7): |
||||
Маточный раствор(см. табл. 7) |
15319,32 |
Al2O3 |
79,80 |
|
(Al2O3 |
885,41 |
Na2Oк |
179,70 |
|
Na2Oк |
1993,74 |
Na2Oу |
20,73 |
|
Na2Oу |
230,00 |
CO2 |
14,71 |
|
CO2 |
163,17 |
H2O |
1085,83 |
|
H2O |
12047,00) |
Итого |
1380,77 |
|
Итого |
22368,45 |
|||
Продукционный гидроксид (см. с. 10) |
1526,03 |
|||
Маточный раствор (в продукционном гидроксиде, см. с. 11): |
||||
Al2O3 |
8,82 |
|||
Na2Oк |
19,86 |
|||
Na2Oу |
2,29 |
|||
CO2 |
1,63 |
|||
H2O |
120,00 |
|||
Итого |
152,60 |
|||
Маточный раствор на выпарку (по разности): |
||||
Al2O3 |
796,79 |
|||
Na2Oк |
1794,18 |
|||
Na2Oу |
206,98 |
|||
CO2 |
146,83 |
|||
H2O |
10841,17 |
|||
Итого |
13785,95 |
|||
Всего |
22368,45 |
Всего |
22368,45 |
Промывка продукционного гидроксида алюминия и кальцинация
Для составления баланса промывки гидроксида алюминия (табл. 9) условно принимаем, что во влаге промытого и отфильтрованного гидроксида алюминия содержится такое количество щелочи, которое соответствует потере Na2O на кальцинации и с глиноземом, т.е. 4,0 кг Na2Oобщ, в том числе 3,6 кг Na2Oк и 0,4 кг Na2Oу. С этим количеством Na2O связанно 1,6 кг Al2O3 и 0,28 кг CO2.
Таблица 9. Баланс промывки гидроксида алюминия
Введено, кг |
Получено, кг |
|||
Продукционный гидроксид алюминия |
1526,03 |
Промытый гидроксид алюминия |
1523,60* |
|
В том числе: |
В том числе: |
|||
Al2O3 |
997,79 |
Al2O3 |
996,19 |
|
H2O |
528,24 |
H2O |
527,41 |
|
Маточный раствор в продукционном гидроксиде (см. табл. 8): |
Промвода (в гидроксиде) (см. табл. 1): |
|||
Al2O3 |
8,82 |
Al2O3 |
1,60 |
|
Na2Oк |
19,86 |
Na2Oк |
3,60 |
|
Na2Oу |
2,29 |
Na2Oу |
0,40 |
|
CO2 |
1,63 |
CO2 |
0,28 |
|
H2O |
120,00 |
H2O |
146,48 |
|
Итого |
152,60 |
Итого |
152,36 |
|
Свежая вода (см. исходные данные) |
1000,0 |
Промвода на выпарку (по разности): |
||
Al2O3 |
8,82 |
|||
Na2Oк |
16,26 |
|||
Na2Oу |
1,89 |
|||
CO2 |
1,35 |
|||
H2O |
974,35 |
|||
Итого |
1002,67 |
|||
Всего |
2678,63 |
Всего |
2678,63 |
|
* Условно принимаем, что вымывается кг Al(OH)3, в том числе 1,6 кг Al2O3 и 0,83 кг H2O. |
Таблица 10. Баланс кальцинации гидроксида алюминия
Введено, кг |
Получено, кг |
|||
Промытый гидроксид алюминия |
1523,60 |
Глинозем: |
||
Провода (в гидроксиде) (см. табл. 9): |
Al2O3 |
990,0 |
||
Al2O3 |
1,60 |
п.п.п. + примеси |
6,5 |
|
Na2Oк |
3,60 |
Na2O |
3,5 |
|
Na2Oу |
0,40 |
Итого |
1000,0 |
|
CO2 |
0,28 |
|||
H2O |
146,48 |
Потери (см. табл. 1): |
||
Итого |
152,36 |
Al2O3 |
7,79 |
|
Na2Oу |
0,40 |
|||
CO2 |
0,28 |
|||
H2O |
667,56 |
|||
Итого |
675,96 |
|||
Всего |
1675,96 |
Всего |
1675,96 |
Каустификация соды
Так как растворимость соды с повышением концентрации щелочи понижается, то при упаривании маточного раствора часть соды выкристаллизовывается в виде моногидрата, который затем растворяют в воде и подвергают каустификации.
Количество соды, выпадающей из раствора за каждый цикл процесса Байера, равно количеству соды, перешедшему в раствор за тот же период. В оборотном растворе после упаривания маточного раствора должно содержаться (с учетом потерь на выпарке) (см. табл. 1 и 2), кг:
Na2Oк |
1850,52 |
||
Na2Oу |
160,98 |
||
CO2 |
114,24 |
||
Al2O3 |
801,16 |
||
H2O |
5831,66 |
||
Итого |
8758,56, |
а в маточном растворе (и в промводе) содержится (см. табл. 8 и 9), кг:
Na2Oк |
1794,18+16,26=1810,44 |
||
Na2Oу |
206,98+1,89=208,87 |
||
CO2 |
146,83+1,35=148,18 |
||
Al2O3 |
796,79+8,82=805,61 |
Следовательно, на выпарке в составе моногидрата соды выделяется кг Na2Oу. С этим количеством Na2Oу связанно 37,76 кг CO2 и 15,45 кг H2O:
Na2CO3 кг; кг Na2CO3·H2O.
Общая масса моногидрата соды 106,42 кг; с ним увлекается 25% (от массы влажного осадка) оборотного раствора , т.е. .
Отсюда кг, или м3; в оборотном растворе содержится (см. состав оборотного раствора), кг:
Na2Oк |
0,025·330=7,5 |
||
Na2Oу |
0,025·129,87=3,25 |
||
CO2 |
0,025·26,10=0,65 |
||
Al2O3 |
0,025·18,52=0,46 |
||
H2O |
0,025·945,50=23,61 |
||
Итого |
35,47 |
В соответствии с реакцией каустификации
Na2CO3 + CaO + H2O > CaCO3 + 2NaOH
при условии, что извести берется 125% от стехиометрического (см исходные данные) количества, ее потребуется: кг СаО или кг технической извести, в которой содержится 60,07 кг СаО (0,864 - содержание СаОакт в извести, кг); 9,46 кг примесей, в том числе 1,81 СаОсв, 1,39 кг СО2 и кг H2O (см. состав извести).
При степени каустификации 90% прореагирует кг СаОакт, а кг СаО перейдет в шлам вместе с 9,46 кг примесей.
В результате взаимодействия 43,25 кг СаО образуется кг CaCO3, в том числе кг СО2 и кг Na2Oк.
Для растворения моногидрата соды берется такое количество воды, чтобы получить 10%-ный раствор Na2Oобщ, т.е. кг. Общее количество H2O кг.
Известь гасят промводой известкового шлама из расчета получения известкового молока с содержанием 300 г./л СаО (с=1250 кг/м3).
На 60,07 кг СаО потребуется кг H2O.
Следовательно, в содоизвестковую пульпу поступает вода из следующих источников, кг:
С моногидратом соды |
15,45 |
|
С оборотным раствором |
23,61 |
|
С известковым молоком |
190,22 |
|
Итого |
229,28 |
Отсюда на растворение соды должно быть подано свежей воды кг. Отвальный известковый шлам содержит, кг:
СаО |
43,25+16,82+1,81=61,88 |
||
Na2Oу |
3,80 |
||
Al2O3 |
2,22 |
||
Примеси |
9,46 - (1,81+1,39)=6,26 |
||
СО2 |
33,98+1,39=35,37 |
||
П.п.п. |
2,35 |
||
Итого |
108,08 |
С ним увлекается кг щелочного раствора.
На основании полученных расчетных данных составляем баланс каустификации соды (табл. 11).
Таблица 11. Баланс каустификации соды
Введено, кг |
Получено, кг |
|||
Моногидрат соды (см. с. 14-15): |
Известковый шлам (см. с. 15): |
|||
Na2Oу |
53,21 |
СаО |
61,88 |
|
СО2 |
37,76 |
Al2O3 |
2,22 |
|
H2O |
15,45 |
примеси |
6,26 |
|
Итого |
106,42 |
СО2 |
35,37 |
|
п.п.п. |
2,35 |
|||
Оборотный раствор с моногидратом соды (см. с. 14): |
Итого |
108,08 |
||
Al2O3 |
3,25 |
|||
Na2Oк |
7,50 |
Отвальная вода с известковым шламом (см. табл. 1): |
||
Na2Oу |
0,65 |
Na2Oк |
3,78 |
|
CO2 |
0,46 |
Na2Oу |
0,02 |
|
H2O |
23,61 |
CO2 |
0,02 |
|
Итого |
35,47 |
H2O |
32,45 |
|
Итого |
36,27 |
|||
Известковое молоко (см. с. 14-15): |
||||
СаО |
61,88 |
Щелочной раствор на выпарку (по разности): |
||
СО2 |
1,39 |
Al2O3 |
1,03 |
|
примеси |
6,26 |
Na2Oк |
51,61 |
|
H2O |
190,22 |
Na2Oу |
5,95 |
|
Итого |
259,75 |
CO2 |
4,22 |
|
H2O |
517,44 |
|||
Вода на расторение соды (см. с. 14-15) |
322,96 |
Итого |
580,25 |
|
Всего |
724,60 |
Всего |
724,60 |
Выпарка и отделение соды
Для составления баланса выпарки (табл. 12) следует учитывать, что в результате упаривания маточного раствора, промводы гидроксида алюминия и щелочного раствора с каустификации получается оборотный раствор, который по составу должен отвечать расчетным данным, и моногидрату соды.
Разница между составом полученного раствора (см. табл. 12) и составом раствора в табл. 2 0,03 Na2Oк - 0,03 Na2Oу + 0,006 СО2, что в пределах точности расчета.
Таблица 12. Баланс выпарки
Введено, кг |
Получено, кг |
|||
Маточный раствор с декомпозиции (см. табл. 8): |
Моногидрат соды (см. табл. 11) |
|||
Al2O3 |
796,79 |
Na2Oу |
53,21 |
|
Na2Oк |
1794,18 |
CO2 |
37,76 |
|
Na2Oу |
206,98 |
H2O |
15,45 |
|
CO2 |
146,83 |
Итого |
106,42 |
|
H2O |
10841,17 |
|||
Итого |
13785,95 |
Оборотный раствор с моногидратом соды (см. табл. 11): |
||
Al2O3 |
3,25 |
|||
Промвода после промывки гидроксида (см. табл. 9): |
Na2Oк |
7,50 |
||
Al2O3 |
8,82 |
Na2Oу |
0,65 |
|
Na2Oк |
16,26 |
CO2 |
0,46 |
|
Na2Oу |
1,89 |
H2O |
23,61 |
|
CO2 |
1,35 |
Итого |
35,47 |
|
H2O |
974,35 |
|||
Итого |
1002,67 |
Потери (см. табл. 1): |
||
Al2O3 |
2,23 |
|||
Щелочной раствор с каустификации (см. табл. 11): |
Na2O |
4,00 |
||
Al2O3 |
1,03 |
Итого |
6,23 |
|
Na2Oк |
51,61 |
|||
Na2Oу |
5,95 |
Оборотный раствор на мокрый размол (по разности): |
||
CO2 |
4,22 |
Al2O3 |
801,16 |
|
H2O |
517,44 |
Na2Oк |
1850,52 |
|
Итого |
580,25 |
Na2Oу |
160,98 |
|
CO2 |
114,24 |
|||
H2O |
5831,66 |
|||
Итого |
8758,56 |
|||
Конденсат пара |
6462,19 |
|||
Всего |
15368,87 |
Всего |
15368,87 |
Распределение органических примесей
Баланс органических примесей может быть составлен только путем практического анализа производственных растворов, продуктов и полупродуктов цикла Байера. Данные о распределении и процентном содержании органики представлены в табл. 13.
Таблица 13. Баланс распределения органических веществ в цикле Байера
Статьи баланса |
Баланс органических веществ, кт/т глинозема |
Доля органических веществ от Уприхода, % |
|
Приход: |
|||
Боксит |
1,110 |
42,55 |
|
Мука |
1,020 |
39,10 |
|
Синтетический флоккулянт |
0,009 |
0,34 |
|
Кристаллический модификатор роста |
0 |
0 |
|
Оборотная вода |
0,470 |
18,01 |
|
Уприхода |
2,609 |
100,00 |
|
Обедненный раствор |
96,46 |
||
Расход: |
|||
Красный шлам в озеро |
1,893 |
72,56 |
|
Продукционный гидроксид алюминия |
0,609 |
23,34 |
|
Промывная вода мелкой затравки |
0 |
0 |
|
Из-за каустификации раствора |
0 |
0 |
|
Урасхода |
2,502 |
95,90 |
|
Разница (Уприхода - Урасхода) |
0,107 |
4,10 |
Список используемой литературы
1. Лайнер А.И. Производство глинозема/ А.И. Лайнер, Н.И. Еремин, Ю.А. Лайнер, И.З. Певзнер. М.: Металлургия, 1978. 344 с.
2. Справочник металлурга по цветным металлам. Производство глинозема/ А.А. Аграновский, В.И. Берх, В.А. Кавина и др. Под редакцией Ю.В. Баймакова, Я.Е. Контровича. М.: Металлургия, 1970. 320 с.
3. Самарянова Л.Б. Технологические расчеты в производстве глинозема/ Л.Б. Самарянова, А.И. Лайнер. М.: Металлургия, 1981. 280 с.
4. Еремин Н.И. Процессы и аппараты глиноземного производства/ Н.И. Еремин, А.Н Наумчик, В.Г. Казаков. Под редакцией Н.И. Еремина. М.: Металлургия, 1980. 360 с.
5. Dr. Kбroly Solimбr. Determination and evolution of organic balances of alumina refineries/ Dr. Kбroly Solimбr, Mrs. Mбrta Gimpel-Kazбr, Mrs. Elenуra Molnбr // Light Metals, 1996. p. 29-35.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Трудности в получении глинозема надлежащего дисперсного состава. Современная схема производства глинозема по способу Байера. Описание технологии процесса сгущения и промывки красного шлама. Теоретические основы сгущения. Описание технологической схемы.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 14.10.2014Определение назначения и краткая характеристика процесса производства глинозема. Актуальность технологии производства, общая характеристика сырья, свойства готового глинозема и его применение. Технологическая схема производства и химический процесс.
контрольная работа [483,8 K], добавлен 10.06.2011Технологические особенности и аппаратурно-технологическая схема высокотемпературного процесса производства глинозема. Описание конструкции и тепловой работы вращающейся печи для кальцинации глинозема. Особенности температурного режима процесса.
курсовая работа [270,9 K], добавлен 13.07.2014Общая характеристика и ценные свойства алюминия. Применение алюминия и его сплавов в разных отраслях промышленности. Основные современные способы производства алюминия. Производство глинозема: метод Байера и способ спекания. Рафинирование алюминия.
реферат [35,0 K], добавлен 31.05.2010Технологическая схема производства глинозема из бокситов щелочным методом спекания. Разделение алюминиевого раствора и красного шлама. Обязательные условия сгущения шлама. Основные факторы, влияющие на сгущение. Расчет количества основного оборудования.
курсовая работа [923,3 K], добавлен 22.01.2012Аппаратурно-технологическая схема участка кальцинации. Устройство и принцип работы ленточных конвейеров. Назначение печи кальцинации гидрооксида алюминия. Устройство и работа узла газоочистки и пылевозврата для очистки технологических газов от пыли.
курсовая работа [599,8 K], добавлен 17.04.2011Описание наиболее выгодного способа переработки алюминиевой руды. Термические способы производства глинозема. Сущность способа спекания. Спекание как способ переработки сырья с высоким содержанием кремнезема. Описание реакции, протекающей при спекании.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 01.11.2010Расчет материального баланса плавки в конвертере. Определение среднего состава шихты, определение угара химических элементов. Анализ расхода кислорода на окисление примесей. Расчет выхода жидкой стали. Описание конструкции механизма поворота конвертера.
реферат [413,6 K], добавлен 31.10.2014Изучение схемы технологического процесса получения пленки-основы для кинофотоматериалов и магнитных лент. Анализ механизма процесса пленкообразования и структуры технических пленок. Составление материального баланса производства основы кинофотопленок.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 07.04.2015Составление материального баланса установок вторичной перегонки бензина, получения битумов и гидроочистки дизельного топлива. Расчет количества гудрона для замедленного коксования топлива. Определение общего количества бутан-бутиленовой фракции.
контрольная работа [237,7 K], добавлен 16.01.2012