Модернизация печей цеха спекания на базе АО «Алюминий Казахстана

 

Материальный баланс цеха спекания. Определяем количество оборотной соды, которая поступит вместе с красным шламом из ветви Байера.

Количество оборотной соды рассчитываем через содержание СО2 в боксите минус СО2 потери с железистыми песками. К полученному количеству прибавляем 1 кг СО2, который входит в соединение с Na2O из атмосферного воздуха, тогда

 

СО2об.сод = СО2бокс – СО2жп + СО2атм

 

22,1–10,88 + 1= 9,90144 кг.

 

Из химической формулы соды (Na2CO3*H2O) по молекулярным массам  веществ рассчитываем их массовое содержание:

 

Na2O = CO2об.сод / 44 * 62 = 9,90144 / 44 * 62 = 13,95203 кг.

 

Н2О = CO2об.сод / 44 * 18 = 9,90144 / 44 * 18 = 4,050589 кг.

 

Общая масса оборотной соды составит

 

9,90144 + 13,95203 + 4,050589 = 27,90406 кг.

 

С оборотной содой увлекается оборотный раствор при фильтрации. При влаге кека 14% масса оборотной воды составит

 

(27,90406/(100–14))*14 = 4,542521 кг.

 

При ρоб.р-ра = 1,42016 г/см3, его объём составит

 

4,542521/(1,42016*1000) = 0,003199м3.

 

По известному процентному содержанию компонентов в оборотном растворе находим массу каждого компонента.

В нём содержится, в кг: Al2O3 – 0,383192; Na2Ok – 0,712968;

Na2Okб – 0,064612; CO2 – 0,045853; H2O – 3,335896.

Известково-бокситовая смесь. Известково-бокситовая смесь состоит из боксита 20% и из 80% известняка.

 

 

 

Таблица 15 – Состав боксита

Рудник	Мси	Al2O3	SiO2	Fe2O3	CO2	%
Красногорский	4,836669	42,6749	8,8232	19,5533	4,5447	50
Лигнитовый	2,511816	44,8103	17,8398	5,8338	1,2622	50

 

 

 

Таблица 16 – Боксит спекания усреднённый

Мси	Al2O3	SiO2	Fe2O3	CO2	ППП
3,281146	43,7426	13,3315	12,69355	2,90345	27,3289

 

Таблица 17 – Состав известняка.

Al2O3	SiO2	Fe2O3	CaO	CO2	ППП
0,27	0,32	0,14	55,31	43,45857	0,502143

 

 

Таблица 18 – Состав известково-бокситовой смеси.

Al2O3	SiO2	Fe2O3	CaO	CO2	ППП
8,96452	2,9223	2,65071	44,248	35,346976	5,867494

 

Необходимое количество известково-бокситовой смеси для дозировки с красным шламом поступает SiO2: 99,08531 кг, при известковом модуле шихты: 2,206 на связывание SiO2 потребуется

 

СаО=99,08531*2,206*56/60=204,0101 кг.

 

Следовательно, с известняком должно поступить

 

СаО=204,0101–6,313823=197,6962 кг,

 

тогда известняка надо ввести:

 

197,6962/(44,248/100-2,206*2,9223*0,01*56/60)=517,1073 кг.

 

Массу введённых компонентов известково-бокситовой смеси находим как произведение массы известняка на массу состава смеси поделённую на 100, кг: Al2O3

 

517,1073*8,96452/100=46,35619.

 

Остальные компоненты смеси, расчитываются аналогично.

Таблица 19 – Количество компонентов введённой известково-бокситовой смеси

Компоненты	Масса, кг
Al2O3	46,35619
SiO2	15,11143
Fe2O3	13,70702
CaO	228,8097
CO2	182,7818
ППП	30,34124

 

Расчёт компонентов золы угля. Рассчитывается из удельных норм угля и антрацита на 1 тонну глинозёма.

Количество золы угля в шихте будет равно:

 

Qзл=(Al2O3ших*0,8881)*(1246,32/1000+159,15/1000)*АА/100,

 

где 0,85 – хим.выход Al2O3 при выщелачивании спёка;

      1246,32/1000 – расход угля на 1 кг Al2O3 ЦС;

      159,15/1000 – расход антрацита на 1 кг Al2O3 ЦС;

      АА – зольность угля в %.

 

Qзл=(164,9908*0,8881)*(1246,32/1000+159,15/1000)*5/100=10,29706кг

 

Компоненты золы угля рассчитываются из химического анализа угля:

Al2O3 – 1,485%; SiO2 – 2,1%; CaO – 4,2%.

Компоненты золы угля. Количество Al2O3 в шихте

 

106,3228+11,92862+0,383192+46,35619=164,9908 кг,

 

тогда с золой угля в шихту будет введено:

 

Al2O3      10,29706 / 5 *1,485=3,058226 кг;

 

SiO2        10,29706/5*2,1=4,324763 кг;

 

CaO        10,29706/5*4,2=8,649527 кг.

 

Белый шлам на ОПШ. Расчёт белого шлама на ОПШ. Количество Al2O3 в алюминатном растворе ЦС считается как сумма Al2O3 в шихте и золе угля умноженная на химический выход в раствор. Так как кремнёвый модуль в алюминатном растворе до обескремнивания равен 74,7 единиц, то содержание SiO2 в растворе составит:

 

((164,9908+3,058226)*0,8881)/74,7=1,997916 кг.

 

Принимаем, что весь SiO2 из алюминатного раствора переходит в белый шлам. При известном химическом составе белого шлама рассчитываем количество компонентов по известному содержанию SiO2.

Расчёт жидкой фазы белого шлама. Количество твёрдой фазы белого шлама составит

 

1,997916*28,7/100=6,961379 кг,

 

тогда количество жидкой фазы при Ж/Т=1,4056 будет равно

 

6,961379*1,4056=9,784914 кг.

 

Таблица 20 - Состав белого шлама твёрдая фаза

Компоненты	%	Масса ,кг
Al2O3	27,3	1,900456
SiO2	28,7	1,997916
Fe2O3	5,2	0,361992
CaO	8,3	0,577794
Na2O	16,9	1,176473
SO3	3,5	0,243648
Итого:		6,961379

 

При известном химическом составе и плотности алюминатного раствора ЦС находим количество компонентов в жидкой фазе.

 

Таблица 21 - Состав белого шлама жидкой фазы

Компонент	Масса, кг
Al2O3	0,7927828
Na2O	0,8107265
Н2О	8,1814046
Итого:	9,784914

 

Количество кальцинированной соды Химический состав кальцинированной соды: Na2CO3 – 97,2939%; дозировку Na2O ведём на модуль в шихте – 1,48; количество Al2O3 в шихте перед дозировкой соды

 

164,9908+3,058226+1,900456+0,7927828=170,7422 кг;

 

количество Na2O шихте перед дозировкой соды

 

1,48/1,645*170,7422=153,6161 кг;

 

количество Na2O в шихте перед дозировкой соды

 

60,2888+11,68063+13,9520+0,712968+0,064612+1,176473+0,8107265

=88,6826 кг;

 

необходимое количество свежей соды

 

153,6161-88,6826=64,92984 кг,

 

или

Na2CO3=64,92984*106/62=111,0091 кг;

 

сода кальцинированная составит

 

111,0091*100/97,2939=114,0967 кг.

 

По известному химическому составу определяем компоненты вводимой соды, результаты вычислений компонентов состава шихты на спекание.

Спёк из печи спекания. В печи спекания удаляется физическая и почти вся кристализационная влага, и происходят следующие химические реакции

 

СаСО3≈CaO+CO2;

 

Na2O*Al2O3*2SiO2+4CaO≈Na2O*Al2O3+2(2CaO*SiO2);

 

Na2CO3+Fe2O3≈Na2O*Fe2O3+CO2;

 

Na2O*Fe2O3+Al2O3≈Na2O*Al2O3+Fe2O3;

 

2CaO+SiO2≈2CaO*SiO2,

 

а также реакция восстановления

 

2Fe2O3+C≈4FeO+CO2.

 

В результате химических реакций выделяется СО2↑, который уходит вместе с печными газами. ППП спёка =1,6%.

Потери при прокаливании спёка вычисляют следующим образом:

итого по спёку/100*(100–ППП спёка),

или 866,609/100,0252*(100-1,17)=856,4697 кг,

тогда для Al2O3 856,4697/100,0252*19,70234=168,702 кг.

Аналогично рассчитываем для остальных компонентов спёка, результаты заносим в таблицу 23.

 

Таблица 23 – Состав спёка

Компоненты	Спёк	%	с потерями	%
Al2O3	170,7422	19,70234	168,702	19,70234
SiO2	120,5194	13,90701	119,0793	13,90701
Fe2O3	151,4798	17,4796	149,6697	17,4796
CaO	244,3508	28,1962	241,4311	28,1962
Прочие	23,00641	2,654762	22,73151	2,654762
ППП	13,64739	1,6	13,70006	1,6
Na2Ok	142,863	16,48529	141,1559	16,48529
Итого, кг:	866,609	100,0252	856,4697	100,0252

 

Выщелачивание спёка. При выщелачивании спёка химический выход по Al2O3 86,37%, по Na2O 96,37%. Остальные компоненты переходят в твёрдую фазу отвального шлама за вычетом белого шлама на ОПШ.

Количество алюминатного раствора рассчитывается с учётом потерь с жидкой фазой белого шлама и потерь с жидкой фазой отвального шлама, тогда количество жидкой фазы отвального шлама будет равно

 

2,21*566,2903=1251,502 кг,

где 2,21 - Ж/Т шлама с хвостового промывателя;

566,2903 – масса отвального  шлама всего, кг, вычисляется как                   сумма всех компонентов отвального шлама

 

168,702*(100-86,37)/(100-1,900456)=21,09363 кг Al2O3.

                  Остальные компоненты находим как разность между весом компонента в спёке и твердой фазы белого шлама таблица 2.17.

Зная концентрации и плотность жидкой фазы отвального шлама определяем содержание Al2O3 и Na2O. По разности определяем количество алюминатного раствора. Последняя промывная вода Al2O3=12,9 г/л;                                       Na2O=11,7 г/л; ρ=1031,4 кг/м3.

Потери щёлочи на SO3: в спёке SO3=2,47%, тогда потери Na2O будут равны 856,4697*2,47/100*62/80=16,39497 кг,

где 856,4697 - масса спёка, кг;

2,47 – содержание SO3 в спёке, %;

62, 80 – молярные веса Na2O, SO3.

Результаты вычислений заносим в таблицу 24.

 

Таблица 24 - Баланс выщелачивания спёка

Компоненты	Спёк	Содержание в %	Отвальный шлам	Содержание в %	Потери с жидкой фазой	Содержание в %	Белый шлам твердая фаза	Белый шлам жидкая фаза	Алюминатный раствор выщелачивания
Al2O3	168,702	19,6974	21,0936	3,72487	15,6529	1,25073	1,90046	0,79278	129,262
SiO2	119,0793	13,9035	117,081	20,6752			1,99792
Fe2O3	149,6697	17,4752	149,308	26,3659			0,36199
CaO	241,4311	28,1891	240,853	42,5318			0,57779
Прочие	22,73151	2,65409	5,60683	0,99009			0,24365
Н2О					1221,65	97,6149		8,18140
ППП	13,0006	1,59959	28,0342	4,95049			0,70309
Na2Ok	141,1559	16,4811	4,31323	0,76166	14,1968	1,13438	1,17647	0,81073	104,264
Na2Oкб									16,3949
Итого, кг:	856,4697	100	566,290	100	1251,50	100	6,96137	9,78914	249,921