Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 28 )

В спекательной ветви наряду с красным шламом может перерабатываться некоторое количество боксита. В этом случае мощность ветви спекания может быть значительно выше и определяется количеством глинозема, полученным как из красного шлама, так и из боксита, введенного в ветвь спекания.

Пример 6. Определить соотношение между кальцинированной и каустической содой в общем расходе щелочей для последовательной схемы Байер-спекание.

Исходные данные:

шлам байеровской ветви содержит 23,3% Al2O3, 24,4% Fe2O3  и 15,2% Na2O, выход шлама 65% от массы сухого боксита; удельный расход боксита (сухого) 2600 кг (на 1 т глинозема) содержание СО2 в боксите 0,4%; удельный расход щелочей в пересчете на Na2O 120 кг ( на 1 т глинозема); состав оборотной соды, г/л: 390 Na2OТ, 280 Na2Oу, 60 Al2O3; каустический модуль шихты 0,92.

Расчет

В байеровской ветви на каждую тонну глинозема (общего) образуется красного шлама

2600*0,65=1690 кг.

Из уравнения щелочного модуля (11-1) определим количество щелочи Q, которое можно ввести в ветвь спекания с обротной и кальцинированной содой:

Q = 110 кг/т глинозема.

За счет СО2  боксита в ветви Байера образуется Na2Oу

(2600∙0,4∙62):100∙44 = 14,7 кг/т глинозема ≈ 15 кг/т.

Количество углекислой щелочи, образующейся за счет СО2 воздуха и находящейся в обороте, примем равным 8 кг/т глинозема. Следовательно, в ветвь поступает Na2Oу с оборотной содой 15+8=23 кг.

Объем оборотной соды 23:280=0,082 м3/т глинозема.

В оборотной соде содержится «связанной» щелочи (0,082*60*62):102=3 кг.

Подлежит каустификации Na2O из оборотной соды

390∙0,082–3=29 кг.

Остальное количество щелочи необходимо ввести в ветвь спекания в виде кальцинированной соды: 110-29=81 кг.

Так как удельный расход щелочи по условию выше этой величины, то недостающее количество необходимо ввести в ветвь Байера в виде каустической соды.

Удельный расход щелочей составит:

кальцинированной соды (95%-ный Na2CO3)

81∙1,8=145,8 кг/т глинозема;

каустической соды (92%-ный NaOH)

(120-81) ∙ 1,402=54,7 кг/т глинозема.

Таблица 6 – Варианты заданий к примеру 6

№ п/п	Al2O3	Fe2O3	Na2O	Выход, %
1	22,0	25,2	16,0	60
2	22,8	24,8	17,2	62
3	25,2	26,8	17,2	70
4	24,8	25,3	16,8	63
5	23,9	24,7	16,5	64

Тема 2. Комбинированные способы Байер-спекание. Комбинированные способы производства глинозема.

2.1 Расчет соотношения ветвей параллельной схемы

Мощность ветви спекания параллельной схемы должна быть достаточной для каустификации оборотной соды, образующейся в ветви Байера, а также свежей соды, необходимой для компенсации потерь щелочи в обеих ветвях. В противном случае потери щелочи полностью или частично должны компенсироваться более дорогим каустиком.

Шихта для спекания составляется из расчета получения определенных молекулярных соотношений между основными ее компонентами: Al2O3, Na2O, Fe2O3, CaO и SiO2:

  (2.1)

  (2.2)

Первое соотношение называется каустическим (щелочным) модулем шихты, второе – кальциевым.

Часть щелочи при спекании связывается с серой боксита, образуя сульфат натрия. При выщелачивании боксита в ветви Байера происходит также взаимодействие серы с щелочью, сопровождающееся переходом части серы в раствор. Поэтому оборотные продукты, поступающие на спекание (оборотный содовый раствор, оборотная сода из ветви Байера, белый шлам, скрубберная пульпа), всегда содержат сульфатную щелочь и щелочной модуль шихты спекания, а также  и спека, может быть рассчитан с учетом этой щелочи (2.1) и без учета ее (2.3) (отношение молекулярное)

  (2.3)

где .

При спекании боксито-содово-известняковой шихты обычно применяют насыщенную шихту, в которой бк (2.3) близко к единице, а бкц – к 2.

Указанные значения модулей обеспечивают перевод  Al2O3 и Fe2O3 при спекании шихты соответственно алюминат и феррит натрия, а SiO2 – ортосиликат кальция 2 CaO · SiO2.

Боксито-содовая (двухкомпонентная) шихта составляется из расчета получения следующего щелочного модуля (отношение молекулярное)

  (2.4)

Пример 5. Рассчитать соотношение ветвей в параллельной схеме Байер-спекание при условии поной компенсации потерь щелочи  содой.

Исходные данные:

шихта для спекания – боксито-содово-известняковая; каустический модуль шихты 1; удельный расход боксита (сухого) в спекательной ветви 2680 кг ( на1 т глинозема); содержание Al2O3  в боксите 48% Fe2O3 22,5%; удельный расход боксита (сухого) в байеровской ветви 2190 кг (на 1т глинозема), содержание СО2 в боксите 3%; дозировка извести в байеровской ветви 4% от массы сухого боксита, содержание СО2 в извести 0,6%; удельный расход щелочи (на 1т глинозема) в пересчете на Na2O в байеровской ветви 55 кг, в спекательной ветви 190 кг; состав оборотного содового раствора, г/л: 56 Al2O3, 402 Na2OТ, 100 Na2Oк, 302 Na2Oy.

Мощность ветви спекания обозначим через Х (в долях единицы), тогда мощность гидрохимической ветви будет 1-Х.

Из уравнения щелочного модуля (11-3) найдем количество щелочи Q, которое можно ввести в шихту при получении в ветви спекания 1 т глинозема

Здесь 62,102,160 – молекулярные массы соответственно Al2O3,  Na2O  и Fe2O3.

Определим количество щелочи, поступающей в термическую каустификацмю из ветви Байера с оборотной содой.

В результате декаустификации образуется Na2Oy на 1 т глинозема гидрохимической ветви:

а) за счет СО2 боксита

б) за счет СО2 извести

Здесь 44 – молекулярная масса СО2.

в) количество Na2Oy, образующейся за счет СО2 воздуха, также возвращаемой  из ветви спекания с оборотным раствором примем равным 8 кг/т глинозема.

Таким образом, общее количество углекислой щелочи в оборотной  соде составит

92,6 + 0,7 + 8 = 101,3кг.

При содержании в оборотной соде 302 г/л Na2Oy объем равен

Часть каустической щелочи в оборотной соде является, а именно

Следовательно, в печах спекания подлежит каустификации

0,335 * 402 - 11,4 = 123,3 кг на 1 т глинозема гидрохимической ветви или кг на 1 т глинозема спекательной ветви.

Кроме того, на термическую каустификацию поступает щелочь, необходимая для возмещения потерь ее в процессе: кг на 1т глинозема спекательной ветви.

Всего на термическую каустификацию поступит щелочи

Приравняв это выражение ранее найденному значению Q и решив полученное уравнение относительно Х, получим

 

Таким образом, при условии полного возмещения потерь щелочи кальцинированной содой мощность ветви спекания должна составлять 17,8%.

Следует отметить, что здесь и в дальнейшем под мощность ветви спекания понимается количество глинозема, полученного из введенного в ветвь спекания боксита. Соответственно мощность ветви Байера определяется количеством глинозема, полученным из боксита, введенного в эту ветвь.

Таблица 5 – Варианты заданий к примеру 5

Удельный расход боксита, кг	Спекательная ветвь	Удельный расход, кг	Расход щелочи
Al2O3	Fe2O3	Спекательная ветвь	Байеровская ветвь
2600	50	20	2200	50	180
2650	49	21	2150	52	185
2700	47,1	22,8	2100	54	190
2550	54	20,8	2150	51	175
2720	46,6	22,8	2260	56	195
2750	45,0	24,0	2120	53	188

       Тема 3. Технология  процесса электролиза. Электролитическое получение чернового алюминия.

Пример  3.1. Электролитические ванны рафинирования меди нагрузкой I =10 кA эксплуатируются при электродной плотности тока D = 200 А/мІ, tЭ =50 °С и катодном выходе по току ВТ = 96%. Зеркало поверхности раствора в ванне S = 4,2мІ, скорость циркуляции электролита хЭ = 20 л/мин на одну ванну; межэлектродное расстояние l=5,0 см. Электродная поляризация и падение напряжения в электродах ∆V1 = 80 мВ. Удельное сопротивление электролита с50 = 1,815Ом∙см;  c = 0,855 ккал/кг∙°С; d = 1,23 г/смі.

Количество воды, испаряющейся с 1м2 поверхности электролита, = 1.90 кг/ч (теплота преобразования =568ккал/кг). Доля потерь тепла за счет испарения воды составляет 60% от общих потерь тепла ванной (без учета тепла, уносимого циркулирующим электролитом). Для подогрева электролита (осуществляемого вне ванны) применяется сухой пар с полным теплосодержанием =645ккал/кг; образующийся конденсат обладает теплосодержанием ik  = 70 ккал/кг.