Щелочные способы получения глинозема

 

                                                      Таблица 3.

Состав известняка, %. 

 

      5.1.1. Содержание Na₂CO₃ соде 95 %.

                Содержание Al₂O₃ в товарном глинозёме 98.8 %

                Товарный выход глинозёма из  боксита 80 %

               Шихта спекания стехиометрически  насыщена. Молекулярное соотношение  в спёке при этом должно  иметь следующее значения:

            Na₂O/(Al₂O₃ + Fe₂O₃) = 1; CaO/SiO₂ = 2. 

      5.1.2. Потери Al₂O₃ и Na₂O на 1 т глинозёма составляют соответственно 246.6 и 105.6 кг. 

      5.1.3. Оборотный раствор содержит, г/л:

               Al₂O₃ – 14; Na₂Oy – 241; Na₂O_k – 49; CO₂ – 171.

     Кроме того в его состав входит 210 г/л белого шлама, содержащего Al₂O₃ – 6.4 г/л; Na₂O – 3.9 г/л; SiO₂ – 7.6 г/л; H₂O_связ – 2.2 г/л.  

      Расчёт. 

1. Расход боксита  на 1 т Al₂O₃:

988*100/49.58*0.8 = 2490.9 кг (сухого),

где  988 – Содержание Al₂O₃ в товарном глинозёме, кг;

       49.58 – содержание Al₂O₃ в боксите, %;

       0.8 – товарный выход глинозёма  из боксита. 

2. Содержание  компонентов боксита, кг:

Al₂O₃ = 2491 * 0.4958 = 1235

Fe₂O₃ = 2491 * 0.2059 = 512.9

SiO₂ = 2491 * 0.0931 = 231.9

CaO = 2491 * 0.0414 = 103.1

CO₂ = 2491 * 0.024 = 59.8

TiO₂ = 2491 * 0.0205 = 51.07

S = 2491 * 0.0083 = 20.68

ППП = 2491 * 0.1042 = 259.56

Прочие = 2491 * 0.0069 = 17.18

H₂O = 2491*4.1/ 95.9 = 106.5 

                  Итого: 2597.5 кг (влажного) 

3. Количество  оборотного раствора.

Определяется из выражения щелочного модуля: 

Na₂O/( Al₂O₃ + Fe₂O₃) = 1; Na₂O = 105.6 + v*(241 + 49 + 3.9) – 8,

где 105.6 –  потери оксида натрия во всей технологической  цепи, кг;

      241, 49, 3.9 – содержание Na₂O_y, Na₂O_k, Na₂O соответственно в оборотном растворе и белом шламе, кг/м³;

      8 – потери Na₂O на переделе спекания, кг; 

Fe₂O₃ = 513.4 кг в боксите.

Al₂O₃ = 1235 + v*(14 + 6.4) – 10,

где 1235 –  содержание оксида алюминия в боксите, кг;

      v – объём оборотного раствора, м³;

      14 и 6.4 – содержание оксида алюминия  в оборотном растворе и в белом шламе, кг/м³;

      10 – потери на переделе спекания, кг. 

      v= 13805809.6/4594080 = 3.005 м³. 

4. Содержание  компонентов в растворе, кг:

Al₂O₃ = 3.005 * 14 = 42.07

Na₂O =3.005* (241 +49) = 871.45

CO₂ = 3.005 * 171 = 513.86 

5. Общее количество оборотного раствора:

3.005 * 1.35* 1000 = 4056.75 кг,

где 1.35 –  плотность оборотного раствора, г/см³. 

6. Содержание  компонентов в белом шламе, кг:

Al₂O₃ = 3.005* 6.4 = 19.23

Na₂O = 3.005* 3.9 = 11.72

SiO₂ = 3.005 * 7.6  = 22.84

H₂O_связ =3.005* 2.2 = 6.6 

7. Количество  влаги в оборотном растворе:

4056.75 –  42.07 –871.45 – 513.86 – 19.23 – 11.72 –  22. 84 – 6.6 = 2568.98 кг. 

8. Расход соды (95 % Na₂CO₃)

105.6* 106/(62* 0.95),

где 106 и 62 – молекулярная масса Na₂O и Na₂CO₃ соответственно. 

9. Необходимый расход известняка X, определяем из уравнения кальциевого модуля.

CaO/SiO₂ =2; (0.446*X + 103.1)*60/[56* (231.9+0.017*X + 22.84)] = 2; X = 898.97 кг, где 60 и 56 молекулярные массы оксида кальция и кремнезёма соответственно. 

10. Содержание  компонентов в известняке, кг:

СaO =898.97 * 0.444 = 399.14

SiO₂ = 898.97 * 0.016 = 14.38

ППП = 898.97 * 0.409 = 367. 68

Прочие = 898.97 * 0.131 = 117.77

Н₂О = 898.97 * 0.051 = 45.85

                                                                     

                  Итого: 944.82 кг.

Полученные  результаты систематизируют в таб. 4. 

                                                      Таблица 4.

Материальный  баланс процесса спекания, кг. 

 
 
 
 
 

2. Расчёт  вращающейся печи.

 

    Производительность печи по спёку  G = 24.8 т/час. 

Минералогический  состав сухого боксита, %.

   Гиббсит гидраргиллит ………...56

     Корунд ………………………….5

Каолинит  ………………………20

Прочих  минералов …………….19

                 Итого 100 

При этом содержание Al₂O₃ в

• корунде – 100 %
• гиббсите – 64.5 %

Содержание  кремнезёма в каолините 46.4 %.

Влажность природного боксита 4.1 %

Воздух  подогревается до 300 ⁰С.

Коэффициент расхода воздуха 1.2. 

Расчёт  печи проведём поэтапно. 

1. Рассчитаем  количество гиббсита и каолинита  нужного для получения 1 т глинозёма  при влажности боксита 4.1 %.

 

(итого  _боксит – Н₂О _боксит)* 0.56 = X_Al(OH)3 , X = 1395.18 кг.

Каолинита 498.28 кг. 

2. Производительность  по глинозёму составляет:

G_сп = G/m_сп = 24.8/ 3.747 = 6.62 т/час,

m_сп = 3.747 – расход спека (табл. 4). 

3. Время пребывания шихты в печи.

t = 1/G_сп = 0.15 ч. 

4. Объём газообразных продуктов горения топлива.

V_д = q* (V_альфа /  Q_H^p)* m_сп = (5860* 11.405* 3747).39639.2 = 6317.6 м³,

где q – удельный расход тепла на 1 кг спека = 5860 КДж/кг. 

5. Общее количество отходящих газов.

V_сумма = V_д+V_H2O+V_CO2 , V_сумма = 6317.6+2987.63/ 0.804 + 1016.34/1.97 = 10033.6 м³,

 где  0.804 и 1.97 – плотность водяного пара и двуокиси углерода. 

6. Секундный расход отходящих газов при нормальных условиях.

V₀ = V_сумма/(3600*t) = 18.58 м³/с, а при средней температуре:

 t_ср = (1600 + 200)/2 = 900 ⁰C

V_t = V₀*(1 + t_ср/273) = 18.58* (1 + 900/ 273) = 80 м³/с. 

7. Диаметр печи.

Д=1.13* (V_t/w₀)^1/2 =1.13* (80/ 6.5)^1/2 = 3.94 м.,

w₀ - скорость движения газов 4 – 8 м/с, принимаем 6.5 м/с.

При двухслойной  футеровке, состоящей из высокоглинозёмистого кирпича размером 250 мм и слоя изоляции 30 мм, а также толщине стенки кожуха 20 мм наружный диаметр будет равен:

Д_н = 3.94 + 2* 0.25 + 2* 0.03 + 2* 0.02 = 4.54 м. 

8. Расчёт длины  печи.

L = L(исп.) + L(под) + L(кальц.) +L(спек.) + L(охл.). 

1. Длина зоны испарения.

L(исп) = [G_ш*(W¹ – W¹¹)/ w*F]

Производительность  печи по шихте (табл. 4).

G_ш =G*(итого/ кол-во спёк) = 24.8*(7789.5/3746.8) = 51.56 т/ час.

Исходная  влажность шихты.

W¹= H₂Oпот./ итого = 2987.6 / 7789.5 = 0.38

Конечная  влажность шихты.

W¹¹ = 0.

Напряжённость рабочего пространства сушильной зоны – w =0.08т/м³ * час.

Площадь поперечного сечения рабочего пространства, м².

F = 3.14 * R² = 12.19

L(исп) = (51.56* 0.38)/(0.08* 12.19) = 20.1 м. 

2. Длина зоны подогрева.

L(под.) = G_г*Q_п/[(q_л + q_к )* lx + q_л¹*l_д],

G_ш – производительность зоны, т/ час;

Q_п – расход тепла на подогрев шихты до 700 ⁰С;

L_x, l_д – ширина слоя шихты (хорда) и контактная поверхность (длина дуги); 

8.2.1.Теплопотребление  Q_п рассчитываем по статьям:

      Нагрев  шихты до 700 ⁰С.

      q(700) = С(700)* m_ш* Dt,

      m_ш – масса шихты = итого – m_Н2О