Павлодар Алюминий зауытының жағдайында бокситтан алюминатты ерітіндіні алу - сілтілеу цехының жобасы

Қызыл шламның жіңішке  бөліктері көп мөлшерде тұна алмайды. Оған флакулянт ретінде қара ұн қосып, флокуляция үрдісінен өткізеді.

Боксит құрамында перит, сидерит және органикалық қоспалардың бар болуы шламның тұну жылдамдығына кері әсерін тигізеді. Мұндай жағдайды болдырмау үшін бокситті алдын ала күйдіруге жібереді.

Ерітіндінің тұтқырлығын  төмендету және натрий алюминатының гидролизін болдырмау үшін қызыл  шламдарды бөлу және жуу 95^оС-тан жоғары температурада жүргізеді. Алюминатты ерітіндінің каустикалық модулі жеткіліксіз болған жағдайда гидролиз қауіпінен сақтау үшін оны αк жоғары айналмалы ерітіндімен бекітеді.

Қызыл шламнан бөлінген алюминатты ерітіндінің құрамындағы қатты түрдегі ең жіңішке түйірлер 0,1-1,0 г/л дейін мөлшерде болады. Мұндай ерітіндіні ЛВАЖ сүзгіштері орнатылған сүзу үрдісінен өткізеді [7].

 

 

 

2.8 Технологиялық  процестердің есептері

 

2.8.1 Өнім алу  үшін алғашқы материалдарды өңдеуге  дайындау.

 

Бастапқы мәліметтер:

1. Бокситтің минералогиялық құрамы:
• гиббсит - 55 %  (Al₂O₃ x 3H₂O);
• каолит - 22,1 %  (Al₄ [Si₄O₁₀] (OH)₂);
• гематит - 8,2 %  (Fe₂O₃);
• гетит - 3,1 %            (FeO(OH));
• кварц - 3,1 %           (SiO₂);
• сидерит - 3,0 %  (Fe[CO₃]);
• Басқалары - 5,5 %

 

2. Құрғақ бокситтің химиялық құрамы, %: Al₂O₃ 44,7; Fe₂O₃ 14,0; SiO₂ 12,1; СаО 1; СО₂ 1,72; SO₃ 0,9; басқалары 2,58; ҚКЖ 23. Бокситтің ылғалдылығы 20,6. Кремнийлі модуль 3,69.
3. Алюминатты ерітіндінің құрамы, г/л: Al₂O₃ 110; Na₂O_к 103,65; СО₂ 10,54; Н₂O 1041. Тығыздығы 1280 кг/м³, α_к = 1,55.
4. Айналмалы ерітіндінің құрамы, г/л: Al₂O₃ 113,7; Na₂O_жалпы 223,5; N₂О_к 202; СО₂ 15,26; Н₂O 1048. Тығыздығы 1440 кг/м³, αк = 2,92.
5. Сілтілеу кезіндегі пульпаны сұйылту ~ 4 %..
6. С:Қ:

   қойылтқыштың төменгі өнімінде 3,0

   соңғы жуғыштың төменгі өнімінде 2,5

7. Байер тармағынан Al₂O₃-тің тауарлық шығуы 65,4%
8. Шығындар, % бастапқы бокситтен (есептеулерден қараңыз).

 

 

2.8.2 Материалдық  баланстың есебі

 

Al₂O₃-тің жалпы шығуы 88,81% тең. 1 тонна сазбалшық алу үшін үрдіске беру керек.

985:0,88:0,447=2495,06

Соның ішінде Al₂O₃ – 1115,29 кг.

Ұсақтау процессіндегі Al₂O₃ шығыны 0,3% құраса, ұнтақтауға жіберілетін мөлшері:

1115,29-(1115,29·0,003)=1111,94 кг

Қажетті айналмалы ерітіндінің  мөлшерін (V, м³) келесі формуламен есептейміз:

                                                              (8)

 

мұндағы а_а и а_о – сәйкесінше алюминатты ерітінді мен айналмалы ерітіндінің каустикалық қатынасы;

а және s – ылғалды  ұнтақтауға келетін бокситтегі Al₂O₃ және SiO₂ мөлшері, кг;

n – айналмалы ерітіндінің  құрамындағы Na₂O_k мөлшері, кг/м³.

V=0,608∙2,92∙1,55(1111,94-0,85∙300,99)+0,517∙300,99∙2,02/202(2,92-1,55)= =10,15 м³

Айналмалы ерітіндінің  бұл мөлшерінде келесі құрамдағыдай заттар кездеседі:

Al₂O₃=113,7∙10,15=1154,06 кг

Na₂O_k=202∙10,15=2050,3 кг

Na₂O_у=21,5∙10,15=218,23 кг

СО₂=15,26∙10,15=154,89 кг

Н₂О=1048∙10,15=10637,2 кг

Барлығы: 14214,68 кг

Алынған мәліметтерді 4-ші кестеге енгіземіз.

 

2.2- кесте

Ұнтақтау балансы

Заттар	Енгізілді, кг			Шығарылды, кг
	Ылғалды боксит	Айналмалы ер-ді	Жалпы	Шикі пульпа	Шығын	Барлығы
Al2O3	1111,94	1154,06	2266	2259,3	6,7	2266
Na2Oу	-	218,23	218,23	218,23	-	218,23
Na2Oк	-	2050,3	2050,3	2043,1	7,2	2050,3
Fe2O3	300,99	-	300,99	299,18	1,81	300,99
SiO2	348,26	-	348,26	346,16	2,1	348,26
CaO	24,88	-	24,88	24,73	0,15	24,88
CO2	42,79	154,89	197,68	197,42	0,26	197,68
КҚЖ	572,14	-	572,14	568,69	3,45	572,14
басқалары	64,18	-	64,18	63,79	0,39	64,18
Н2О	512,44	10637,2	11149,64	11149,64	3,09	11149,64
Барлығы	2977,62	14214,68	17192,3	17167,15	25,15	17192,3

 

Сілтілеуден кейін барлық сазбалшық ерітіндіге өтеді, бірақ оған жартылай сілтіленген және натрийдің гироалюмосиликаты түріндегі SiO₂ байланысқан сазбалшык кірмейді. Ал барлық қоспалар шламда қалады.

Қызыл шламның құрамында:

Al₂O₃=348 кг

Na₂O=211,5 кг

Fe₂O₃=346,16 кг

SiO₂=299,18 кг

CaO=24,73 кг

басқалары – 63,79 кг

ҚКЖ – 101,43 кг

Жалпы: 1394,79 кг

ҚКЖ мөлшерін келесі түрде есептейміз: қкж жалпы мөлшері екі жолдың қосындысы арқылы есептелінеді: натрийдің гидроалюмосиликатының түзілуі (НГАС):

Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O

және жарым-жартылай Fe₂O₃ –тің Fe(OH)₃ құрамында орналасу есебінен. Егер кремнеземнің барлық мөлшері НГАС құрамында деп ескерсек, сонда кқж мынадай құрамда болады:

299,18∙2,18/120=89,75

Шламдағы 10% темір оксиді түрінде кездеседі деп қабылдаймыз.  Сонда кқж құрамы мынадай болады:

346,16·0,1·54/160=11,68 кг

Қкж жалпы мөлшері:

89,75+11,68=101,43 кг құрайды.

С:Қ қатынасы 3,5 қойылқышта 1394,7 кг қызыл шламға 4881,76 алюминатты ерітінді келеді немесе V=3,81 м³ келесі құрамда болады:

Al₂O₃=3,81∙110=419,1

Na₂O_к=3,81∙103,65=394,9

Na₂O_у=3,81∙14,85=56,58

CO₂=3,81∙10,54=40,16

H₂O=3,81∙10,41=39,66,21

Жалпы: 4876,95

Al₂O₃ және Na₂O бұл мөлшері қызыл шламды жуудан келген 1-ші жуғыш сумен қоса пульпаны сұйылтуға жібереді.

1-ші жуғыш судың  құрамы, кг:

Al₂O₃=419,1-4,46=414,64 кг

Na₂O_к=394,9-4,8=390,1 кг

Na₂O_у=56,58 кг

CO₂=40,16 кг

1-ші жуғыш судың  құрамындағы Н₂О мөлшерін келесі түрде есептейміз. Алюминатты ерітіндінің құрамында 1906,84 кг Al₂O₃ бар.

Al₂O₃  бұл мөлшеріне келетін Н₂О мөлшері, кг:

1906,84∙1041:110=18045,64 кг

Сонда 1-ші жуғыш сумен  келесі мөлшердегі су енгізіледі, кг:

18045,64-11833,24+3966,21=10178,61 кг

Алюминатты ерітіндінің  құрамындағы су және қызыл шламмен  кеткен алюминатты ерітіндінің құрамындағы сумен айырмашылық ретінде анықталады.

 

2.3-кесте

Сілтілеу балансы

Заттар	Енгізілді, кг			Алынды, кг
	Шикі пульпа	Конденсат	Барлығы	Қызыл шлам	Пульпаның сұйық фазасы	Шығын
Al2O3	2259,3		2259,3	348	1906,84	4,46
Na2Oу	218,23		218,23		218,23
Na2Oк	2043,1		2043,1	211,5	1826,8	4,8
Fe2O3	346,16		346,16	346,16
SiO2	299,18		299,18	299,18
CaO	24,73		24,73	24,73
СО2	197,42		197,42		197,42
Басқалары	63,79		63,79	63,79
ҚКЖ	569,69		568,69	101,43	467,26
Н2О	11146,55	686,69	11833,24		111833,24
Барлығы:	17167,15	686,69	17853,84	1394,79	16449,79	9,26

 

 

2.4-кесте

Қойылту балансы

Компоненты	Енгізілді, кг				Алынды, кг
	Қызыл шлам	Пульпаның сұйық фазасы	1-ші жуғыш су	Барлығы	Қызыл шлам	Алюминатты ер-ді мен қызыл шлам	Декомпозицияға арналған алюминатты ерітінді	Барлығы
Al2O3	348	1906,84	414,64	2669,48	348	414,64	1906,84	2669,48
Na2Oк	211,5	1826,8	390,1	2428,4	211,5	390,1	1826,8	2428,4
Na2Oу		218,23	56,58	274,81		56,58	218,23	274,81
Fe2O3	346,16			346,16	346,16			346,16
SiO2	299,16			346,16	346,16			346,16
CaO	24,73			24,73	24,73			24,73
СО2		197,42	40,16	237,58		40,16	197,42	237,58
Басқалары	63,79			63,79	63,79			63,79
ҚКЖ	101,43	467,26		568,69	101,43		467,26	568,69
Н2О		11833,24	10178,61	22011,85		3966,21	18045,64	22011,85
Итого:	1394,79	16449,79	11080,09	28924,67	1394,79	4867,69	22662,19	28924,67

 

 

2.5-кесте

Қызыл шламды жуу балансы

Заттар	Енгізілді, кг				Алынды, кг
	Қызыл шлам	Алюминатты ер-ді мен  қызыл шлам	Жууға арналған су	Барлығы	Пісіруге кететін қызыл  шлам	Қызыл шламмен кеткен жуғыш су	Сұйылтуға кететін 1-ші жуғыш  су.	Барлығы
Al2O3	348	414,64		762,64	348		414,64	762,64
Na2Oк	211,5	390,1		601,6	211,5		390,1	601,6
Na2Oу		56,58		56,58			56,58	56,58
Fe2O3	346,16			346,16	346,16			346,16
SiO2	299,16			299,18	299,16			299,18
CaO	24,73			24,73	24,73			24,73
СО2		40,16		40,16			40,16	40,16
Басқалары	63,79			63,79	63,79			63,79
ҚКЖ	101,43			101,43	101,43			101,43
Н2О		3966,21	7264,61	11230,82		1052,21	10178,61	11230,82
Барлығы:	1394,79	4867,69	7264,61	13527,09	1394,79	1052,21	11080,09	13527,09

 

2.9 Негізгі  қондырғыларды таңдау және технологиялық  есебі

 

Араластырғыштардан шыққан пульпаның массасы пульпаның  массасынан және су буынан шыққан конденсат  массасының қосындысынан шығады. Бу пульпаны 95 ^оС-тан 110 ^оС дейін ысыту есебінен және сыртқы ортаға шығарылатын жылуды өтеу есебінен енгізіледі.

Бір сағат ішінде кететін  будың шығыны Р^а_п, кг/ч:

 

                                                                                                  (9)

 

мұндағы Q^a₁ – пульпаны 95 ^оС-тан 110^оС-қа дейін қыздыруға кететін жылу мөлшері, кДж/сағ

i' – будың меншікті  энтальпиясы, кДж/кг

i" – конденсаттың  орташа энтальпиясы.

 

Q^a₁=(m₁c₁+m₂c₂+m₃c₃)(t_k-t_н)В                                                                        (10)

 

m – айналмалы ерітінді мен бокситтің массасы

с – меншікті жылу сыйымдылық

В – қондырғының өнімділігі

Q^a₁=(14214,68·3,35+2977,62·0,96)(11095)·125=94,65·10⁶ кДж/ч

Сыртқы ортаға кететін  жылудың мөлшерін анықтау үшін араластырғыш санын білу қажет. Шығынды бумен  өтелетін жалпы жылудан 3% деп аламыз.

Q^a₃=(2,93∙10⁶) кДж/сағ

i' = 794,21 кДж/кг

Пульпаны қыздыруға  кеткен будың шығыны, кг/сағ:

P^a_n=94,65∙10⁶+2,93∙10⁶/2803,48-794,21= 48564,9

G пульпасының шығыны, кг/сағ:

G=17192·125+48564,9=2197564,9

Пульпаның тығыздығы 1,37 г/м³.

Сілтілеудің 7 сағ уақытын  қамтамасыз ету үшін қажетті жалпы  сиымдылық мынадай болу керек:

2200·7=15400 м³

Араластырғыштарды толтыру  деңгейі 75% болса, ол 20533 м³ тең.

Араластырғыштың диаметрі 8 м және биіктігі 12 м деп аламыз. Жұмысшы көлем V=602,9 м³

n=20533:602,9=34 араластырғыш

Бұл өнімділікті қамтамасыз ету үшін пульпаның сызықты жылдамдығы W тең болу керек, м/с:

          ω=V_сек/πAD²_ішкі:4                                                                                            (11)

 

ω=0,61/3,14∙64:4=0,012                                                                       

Пульпа араластырғыштарда 7 сағат орналсқан болса, араластырғыштардың жалпы биіктігі келесідей болады: