Проект участка получения чернового галлия в условиях АО «Алюминий Казахстана»

Министерство  образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский  государственный университет им. С. Торайгырова

Агибаева  А. С.

Проект  участка получения чернового  галлия в условиях

АО  «Алюминий Казахстана»

 

 

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

 

специальность 050709 – Металлургия       

Павлодар

2011

 
Министерство образования  и науки Республики  Казахстан

Павлодарский государственный  университет им. С. Торайгырова

Кафедра металлургии

 

 

«Допущен к защите»

«___»_______20__г.

Заведующий кафедрой ____________ М. М. Суюндиков

                                                                                    (подпись)                                   

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

      

На  тему  Проект участка получения чернового галлия в условиях

АО «Алюминий Казахстана»

 

по  специальности 050709 – Металлургия

                                                            

 

 

Выполнил(а)

Группа  МТ(жц) – 406               _____________             А. С. Агибаева

                                                           (подпись)                                                             

Научный руководитель

ст.преподаватель                     _____________               Г. Б. Байдильдаева

                                                                                                       (подпись)                                                            

 

Нормоконтроль                          _____________               П. О. Быков

                                                                                                      (подпись)                                                          

Павлодар

2011

 
Содержание

 

 

	Введение	4
1	Общая характеристика АО «Алюминий Казахстана»	6
1.1	Краткая характеристика предприятия	6
1.2	Сырьевая база, номенклатура, качество и технологический уровень  продукции	7
1.3	Комплексность использования  сырья	9
2	Краткая характеристика химико – металлургического цеха	11
2.1	Технологическая схема  производства чернового галлия	12
2.2	Описание технологии химико – металлургического цеха	15
3	Влияние некоторых физико – химических факторов на процесс цементации ионов галлия галламой алюминия	25
3.1	Перемешивание раствора и галламы алюминия	25
3.2	Кинетика восстановления ионов галлия и ионизации алюминия в процессе цементации	26
3.3	Электрохимический потенциал  выделения водорода на галлии, алюминии и галламе алюминия	28
3.4	Растворимость алюминия в галлии	29
3.5	Потенциал «насыщения»  галламы алюминием	29
3.6	Состав алюминия, используемого для получения галлия	31
4	Описание технологии схемы цементация ХМЦ АО «Алюминий  Казахстана»	34
4.1	Применяемое оборудование	39
5	Расчетная часть	47
5.1	Расчет материального  баланса	47
5.2	Расчет основного оборудования ХМЦ	58
5	Автоматизация	61
7	Охрана труда и БЖД	64
7.1	Выписка из Трудового  Кодекса Республики Казахстан	64
7.2	Порядок расследования несчастных случаев на производстве	64
7.3	Требования безопасности при проектировании ХМЦ	66
7.4	Пожарно – техническая комиссия на производстве	71
7.5	Расчет искусственного освещения	73
8	Экономическая часть	77
8.1	Описание производственного  процесса подразделения	77
8.2	Расчет капитальных  затрат на планируемый период	79
8.3	Расчет себестоимости  продукции на планируемый период	80
8.3.1	Расчет затрат на амортизацию, содержание и текущий ремонт основных фондов	80
8.3.2	Расчет материальных затрат на производство продукции	82
8.3.3	Планирование фонда  рабочего времени	83
8.3.4	Расчет численности  работающих по категориям	87
8.3.5	Планирование фонда заработной платы	90
8.3.6	Расчет себестоимости  продукции на планируемый период	92
8.3.7	Расчет сметы затрат на производство	93
8.4	Технико-экономические  показатели работы	94
8.5	Определение себестоимости 1 тонны галлия	94
8.6	Определение цены реализации	95
8.7	Экономическая эффективность проектируемого завода	95
8.8	Рентабельность реализованной  продукции	96
	Заключение	97
	Список использованной литературы	98
	Приложения

 

 
Введение

 

 

Актуальность  темы. В поcледние годы наблюдается устойчивый рост потребления галлия в виде полупроводников соединений, что требует расширения его производства.

Основной источник первичного галлия – оборотные растворы производства глинозема по методу Байера. Однакo традиционные методы извлечения галлия из Байеровских растворов: электролиз и цементация на амальгаме натрия или галламе алюминия малопроизводительны и не позволяют перерабатывать большие объемы щелочных растворов, поэтому извлечение галлия в глиноземном производстве составляет несколько процентов возможного.

С поступлением в переработку  в байеровскую ветвь бокситов Краснооктябрьского месторождения  изменился примесный состав алюминатных  растворов глинозёмного производства, в частности, повысился уровень  соединений серы низших валентностей, возросло содержание органических соединений, несмотря на внедрение технологических приёмов по выводу примесей. Кpоме того, из-за снижения содержания галлия в бокситах, а также с появлением новой расходной статьи баланса галлия – вывода с железистыми песками, – с внедрением данной технологии содержание галлия в производственных растворах понизилось.

Для обеспечения устойчивой работы галлиевого производства на переделе декомпозиции была выделена одна батарея декомпозиции под выкручивание чисто байеровского раствора с последующим получением маточного байеровcкого раствора. На переделе выпарки маточный байеровский раствор подвергался раздельному упариванию и последующей откачке на галлиевое производство без смешения со спекательным.

В условиях увеличения выпуска  глинозёма и улучшения качества продукции по гранулометрическому составу узлы раздельной декомпозиции и выпарки сдерживали развитие производства на данных переделах.

В случае перевода галлиевого производства с байеровских растворов  на смешанные по существовавшей проектной схеме из – за негативного воздействия растворных примесей сложности с выпуском чернового галлия могли стать критическими.

Поэтому возникла необходимость  в разработке новой технологической схемы получения галлия.

Цель, задачи и  объект дипломного проектирования.

Целью дипломного проекта  являлось усовершенствование технологии получения чернового галлия при  работе с алюминатными растворами измененного  примесного состава.

Задачей дипломного проекта  являлось изучение способов очистки  алюминатных растворов от примесей, методов концентрирования растворов по галлию.

Объектом дипломного проекта являются смешанные алюминатные  растворы глиноземного производства.

Научная новизна. На основании расчёта материальных потоков и финансовых затрат на усовершенствованную технологию производства галлия установлено, что данная технология даёт существенные преимущества по сравнению с ранее существующей технологией производства галлия, применявшейся в АО «Алюминий Казахстана». С целью интенсификации процесса цементации предлагается внести в существующий процесс импульсную подачу алюминатного раствора, что позволяет увеличить давление и концентрацию в цементаторе.

Теоретической и методологической основой являлась новейшая доступная информация и опыт современных металлургических предприятий и общепринятые методики расчетов по технологии производства глинозема и галлия, проектированию металлургических заводов.

Практическая  база. Практической базой дипломного проекта является химико – металлургический АО «Алюминий Казахстана».

 

 

 1 Общая характеристика АО «Алюминий Казахстана»

 

 

Для металлуpгических предприятий цветной металлургии характеpны непрерывно протекающие во времени многоступенчатые процессы пpоизводства, сочетающие механические и химические изменения пpедметов тpуда.

Технологические процессы в этой отрасли протекают с большими затратами тепловой и электрической энергии, характерны крупные агрегаты, требующие коллективного обслуживания, стpогой согласованности в ходе протекания технологических процессов.

Павлодарский алюминиевый завод  относится к предприятиям цветной металлургии с высокими материальными потоками и большим грузообоpотом привлечением крупногабаpитных многотоннажных агpегатов и аппаpатов.

 

 

1.1 Краткая характеристика предприятия

 

1964 год 47 лет назад в казахстанской степи был построен завод, по уникальной технологии перерабатывающий низкокачественную глиноподобную руду, на что не отважился до сих пор ни один завод ни в одной стране мира. Причем качество продукции, которую выпускает завод из бедной казахстанской руды – глинозема, галлия, сульфата алюминия, – самое высокое.

47 лет завод жил не благодаря чему – то, а – вопреки. Вопреки самым разным обстоятельствам, из которых каждое в отдельности и которые все вместе могли на любом этапе существования завода поставить на нем крест. Ошибки и недоработки проекта, постоянная проблема рудной базы, трудный опыт первых лет приватизации. Но вопреки всем обстоятельствам завод выжил, живет и развивается. И это достижение уже – не стечение обстоятельств. Это воля людей, которые на протяжении всех лет существования предприятия вкладывали в него свои знания, опыт, труд. Уровень интеллекта работавших и работающих здесь людей всегда был очень высоким. Павлодарский алюминиевый завод – некогда флагман цветной металлургии СССР, последнее десятилетие живет с новым именем – Акционерное общество «Алюминий Казахстана». Теперь это уже не просто завод, а целый промышленный комплекс, объединяющий объекты энергетики, добычи сырья и, собственно, производства глинозема и сопутствующей продукции. Сегодня «Алюминий Казахстана» – флагман цветной металлургии нашей суверенной республики.

Лучшие традиции Павлодарского  алюминиевого завода: доброе имя, новаторство  и творчество в самых разных областях науки и производства, начиная  от автоматизации технологического процесса и заканчивая постоянным совершенствованием технологии и оборудования, АО «Алюминий Казахстана» бережно хранит и продолжает. В данное время в Павлодаре заработал первый электролизный завод, и Казахстан впервые в своей истории начинает выпуск собственного «крылатого» металла – алюминия.

Сегодня «Алюминий Казахстана»  – это предприятие с уникальным сочетанием богатейших традиций и высоких современных технологий, модернизированным оборудованием и новой философией менеджмента, включающей промышленный, социальный и экологический аспекты. В АО «Алюминий Казахстана» производство глинозема осуществляется по последовательной, комбинированной схеме Байер-спекание. Данный способ обусловлен химическим составом бокситов, поступаемых на переработку. Все глиноземное производство разбито на три основных цеха: ГМЦ, ХМЦ, ЦС и ЦПС.

Павлодарский алюминиевый  завод расположен в г. Павлодаре  Республике Казахстан, восточнее жилых  районов города. Завод граничит южной  стороной с территорией ТЭЦ – 1 и городскими землями, северной – с железнодорожной станцией.

Железнодорожная связь  завода с общей сетью железнодорожных  дорог осуществляется примыканием  подъездного железнодорожного пути завода к станции МПС – Южная, расположенной на расстоянии 1 км от северной границы завода.

С городом завод связан автомобильной дорогой и трамвайной линией.

Завод запроектирован на принципах  широкого кооперирования в строительстве  и эксплуатации объектов общегородского хозяйства в части строительных баз, водоснабжения, канализации, тепловых и электрических сетей, общегородских объектов и объектов бытового и коммунального назначения. Основание проектной схемы, достигнутое технико– экономическими показателями процесса, позволили коллективу завода и ВАМИ поставить вопрос об увеличении мощности по производству глинозема на 11,1 % в год сверх утвержденной.

 

 

2.  Сырьевая база, номенклатура, качество и технологический уровень продукции

 

Боксит является полиминеральной  горной породой преимущественно  осадочного происхождения, состоящей  в основном из трех главных породообразующих минералов – лгидроксидов алюминия: гиббсита А1[ОН]₃, бёмита γ–А1О[ОН] и диаспора α – А1О[ОН]. В качесте примесных минералов в бокситах в переменных количествах содержатся гидроксиды и оксиды железа (мине-ралы гётит FeO[OH], гидрогётит Fe₂O₃^·H₂O, лимонит Fe₂O₃^.nH₂O, гематит α–Fe₂O₃ и др.), гидроалюмосиликаты (каолинит, хлорит, гидро–слюда), титаносодержащие минералы (рутил ТiO₂, анатаз TiO₂, ильменит FeTiO₃ и др.), кварц, кальцит, циркон и органическое (углистое) вещество. По данным С. И. Бенеславского, общий список минеральных видов, найденных в бокситах различных месторождений мира, превышает 70 названий. Химический состав 15 минералов, наиболее часто встречающихся в бокситах, приведен в таблице 1.1.

В связи с тем, что  минеральный состав бокситов подвержен значительным вариациям, содержание главных оксидов также колеблется в широких пределах, мас., %: А1₂О₃ 50–70; SiO₂ 2–45; Fe₂O₃ 0–25; TiO₂ 3–12; Н₂О 10–40.

 

Таблица 1.1 – Химический состав минералов, встречающихся в бокситах

 

Минералы		Содержание, мас. %
Название	Формула	А12О3	SiO2	Другие оксиды
Главные минералы
Бёмит	γ–А1О[ОН]	85,0	–	–	15,0
Диаспор	α–А1О[ОН]	85,0	–	–	15,0
Гидраргиллит (гиббсит)	А1[ОН]3	65,4	–	–	34,6
Каолинит	Al2O3–2SiO2–2H2O	39,5	46,5	–	14,0
Второстепенные минералы
Рутил, анатаз	TiO2	–	–	TiO2 100,0	–
Гематит	Fe2O3	–	–	Fe2O3 100	–
Лимонит	Fe2O3nH2O	–	–	Fe2O3<85 15	≤15

 

По текстурным особенностям и физическому состоянию бокситы  бывают высокопрочные, камнеподобные  и рыхлые. Кроме этих разновидностей, имеются промежуточные типы пород: глинистые бокситы, бокситовые глины, глиноподобные бокситы. Для большинства литологических разновидностей бокситов характерны тонкокристаллические микроструктуры с размерами минеральных индивидов от долей до нескольких микрон (иногда коллоидных размеров) главных породообразующих минералов. При этом распределение примесных минералов чаще всего равномерное, особенно соединений титана и железа [16].

Глинозем встречается  в природе в небольших количествах  в виде минерала корунд. Существует несколько разновидностей глинозема, которые имеют одну и ту же формулу, но разное структурное строение и свойства. Наиболее распространенные и часто встречающиеся: