Участок выщелачивания бокситовых спеков в трубчатых выщелачивателях глиноземного цеха

Министерство образования и наука РФ

ФГАОУ ВПО «УРФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

 

 

                                                       Кафедра металлургии легких металлов

                                                       Оценка работы

                                                       Члены комиссии

 

 

Участок выщелачивания бокситовых спеков в трубчатых выщелачивателях глиноземного цеха

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

080502

 

 

 

Руководитель                                                                         В.Н. Корюков

к.т.н. доц.

 

Студент                                                                                 

гр.

 

 

Екатеринбург

2011

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………3

1. Производство глинозема по способу спекания………………………..4

1.1 Технологическая схема…………………………………………………..4

1.2 Химизм спекания…………………………………………………………5

1.3 Химизм выщелачивания…………………………………………………7

1.4 Технологии……………………………………………………………..…7

1.5 Трубчатый выщелачиватель горизонтального типа…………………….8

2. Расчет материального баланса глиноземного цеха……………………...11

3. Расчет количества оборудования…………………………………………40

Заключение ……………………………………………………………….......41

Список литературы…………………………………………………………...42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Спекание является обычно заключительной технологической операцией метода порошковой металлургии.

Спеканием называют нагрев и выдержку порошковой формовки при температуре ниже точки плавления основного компонента с целью обеспечения заданных механических и физико-химических свойств.

В процессе спекания заготовка или свободно насыпанный порошок превращаются в прочное порошковое тело со свойствами, приближающимися к свойствам компактного (беспористого) материала. Спекание в решающей степени определяет конечные свойства порошковых материалов и изделий.

При нагреве порошковых формовок или свободно насыпанного порошка происходит сложный комплекс разнообразных физико-химических явлений, протекающих одновременно или последовательно. Во время спекания происходит изменение размеров, структуры и свойств исходных порошковых тел, протекают процессы поверхностной, граничной и объемной само- и гетеродиффузии, разнообразные дислокационные явления, осуществляются перенос вещества через газовую фазу, химические реакции, релаксация микро- и макронапряжений, рекристаллизация частиц и др.

При нагреве многокомпонентных материалов возможно плавление какой-либо составляющей (но не основы), тогда появление жидкой фазы окажет существенное влияние на закономерности спекания. Поэтому принято различать две основные разновидности процесса спекания: твердофазное, т.е. без образования расплава в процессе нагрева, и жидкофазное, при котором какие-либо легкоплавкие компоненты смеси порошков или структурные составляющие материала в процессе нагрева расплавляются. 
 1. Производство глинозема по способу спекания

1.1 Технологическая схема

  Сода                                                  Боксит                                       Известняк

  Дробление Дробление

Мокрый размол

Корректировка шихты

Спекание

                                    Спёк                                        Топочные газы

         Н2O                Дробление                                         Очистка

                  Выщелачивание спёка и                    Чистый газ      Пыль

 отделение шлама 

 алюминатный  красный шлам

        раствор                               промывка

обескремнивание                   красный     промвода

белый      алюминатный          шлам

шлам           раствор                 отвал

 карбонизация

     сгущение пульпы

содовый раствор гидроксид

                                                      алюминия

                                                      промывка

                                  промвода       продукционный       затравочный

                                                           гидроксид                  гидроксид

   кальцинация

безводный

  глинозем

 

 

 

 

По способу спекания перерабатываются бокситы с повышенным содержанием кремнезема. В основе способа лежит спекание боксита с содой и известняком с целью получения растворимого в воде алюмината натрия и нерастворимого двух кальциевого силиката. Шихта составляется из двух (боксит + сода) или трех (боксит + сода + известняк) компонентов.

Боксит и известняк дробят в одну или две стадии до крупности от 2 до 5 мм.

Дробленый материал измельчается в шаровых мельницах с добавлением соды и раствора, то есть происходит мокрый размол.

Готовую пульпу корректируют. Для этого ее подают в коррекционный бассейн, откуда берут на анализ и затем в определенных пропорциях заливают в сборный бассейн.

Для получения в шихте следующих соотношений:

Na2О / (Al2O3 + Fe2O3) = 1 + (-) 0,05 – каустический модуль;

СаО / SiO2 = 2 + (-) 0,1 – кальциевый модуль.

При таких соотношениях обеспечивается переход Al2O3 и Fe2O3 в алюминат и феррит натрия, а кремнезема в двухкальциевый силикат (2 СаО · SiO2).

Готовую пульпу подают на спекание.

 

1.2 Химизм спекания

Глинозём в боксите находится в виде гидроксида:

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

2AlOOH = Al2O3 + H2O

CaCO3 = CaO + CO2

В результате этих реакций материал состоит из Al2O3; Na2CO3  и СаО.

Следовательно, в  спекании идут следующие реакции:

Al2O3 + Na2CO3 = Na2O · Al2O3 · CO2

Fe2O3 + Na2CO3 = Na2O + Fe2O3 + CO2

При повышение температуры до 800° С идут следующие реакции

SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2

2Na2SiO3 + Na2O · Al2O3 = Na2O · Al2O3· 2SiO3 + 2Na2О (алюмосиликат натрия)

Na2O + Al2O3 = Na2O · Al2O3 (алюминат натрия)

При температуре выше 1000° С в спекание протекает следующая реакция:

Na2O · Al2O3· 2SiO3 + 4СаО = Na2O · Al2O3 + 2(2СаО · 2SiO2 )

Таким образом, поведение кремнезема при спекании можно выразить так:

2СаО + SiO2 = 2СаО · SiO2

Получили спёк, состоящий из алюмината и феррита натрия и двух кальциевого силиката.

Кроме основных компонентов в спёке  может быть алюмосиликаты натрия, ферриты и алюминаты кальция, а так же титанаты натрия и кальция.

Спёк – это слегка оплавленное комковатое вещество.

Жидкая фаза состоит из смеси феррита натрия и 2СаО · SiO2, спёк получается пористым.

Печь спекания разбивается на следующие технологические законы:

1. Зона сушки и удаления влаги (температура материала достигает 200° С. Эта зона очень важна, так как в пульпе до 38% влаги).
2. Зона кальцинации, в которой происходит разложение  Al(OH)3 и известняка. Температура материала до 1000° С.
3. Зона спекания (в этой зоне идут основные реакции спекообразования. Температура материала достигает 1000° С).
4. Зона охлаждения (температура материала равна 950°  – 1000° С ).

Готовый спёк выгружается в холодильник трубчатого или колоснякового типа. После охлаждения спёк подают в конусные дробилки и затем подают на выщелачивание.

 

1.3 Химизм выщелачивания

Назначение выщелачивания: перевести Al2O3 из спёка в раствор.

При выщелачивании используют воду или содовый раствор:

Na2O · Al2O3 + 4H2O = 2NaAl(OH)4

Na2O · Fe2O3 + 4H2O = 2Fe(OH)3 + 2NaOH

Реакция гидролиза феррита натрия очень полезна, так как при этом выделяется щелочь, которая стабилизирует алюминатный раствор с низким модулем.

Появление щелочи в растворе приводит к растворению двух кальциевого силиката:

2СаО · SiO2 + 2NaOH + H2O = 2Са(OH)2 + Na2SiO3

В результате этой реакции раствор загрязняется метасиликатом натрия (Na2SiO3).

После выщелачивания получаем раствор состоящий из NaAl(OH)4; NaOH; Na2SiO3.

 

1.4 Технологии

Спек можно выщелачивать в мешалках, мельницах, диффузорах, трубчатых выщелачивателях и перколяторах.

 

Выщелачивание в диффузорах.

Диффузор – цилиндрический аппарат с коническим дном и конической крышкой. Спёк загружается в аппарат до сливного отверстия для раствора. Снизу подаётся вода, которая проходя через столб спёка выщелачивает его.

В работе особое внимание уделено трубчатым выщелачивателям.

 

 

 

 

 

 

 

1.5 Трубчатый выщелачиватель горизонтального типа

Трубчатый выщелачиватель - аппарат для выщелачивания пульпы, представляющий собой металлическую трубу достаточной длины для завершения выщелачивания при прохождении пульпы.

Достоинства трубчатых выщелачивателей:

• Аппарат непрерывного действия, а значит его можно автоматизировать;
• Высшая степень извлечения глинозёма;
• Меньше затрат на его обслуживание;

После выщелачивания получается ультра крепкий  алюминатный раствор, загрязненный кремнезёмом. Подавать его на разложение нельзя, следовательно его обескремнивают. Для этого раствор разбавляют, но не водой, а содовым раствором, чтобы он не разлагался.

Разбавленный раствор заливают в автоклавы, где выдерживаются в течение 2 – 3часов при температуре равной 150° - 160° С. При этом идет реакция:

2Na2SiO3 + 2NaAl(OH)4 = Na2O · Al2O3· 2SiO2 · 2H2O + 3NaOH.

Для уменьшения потерь щелочи обескремнивание ведут с известковым щелоком:

Na2O · Al2O3· 2SiO2 · 2H2O + СаО = СаО · Al2O3· 2SiO2 · 2H2O + Na2O

          ГАСНатрия ГАСКальция

В результате такой операции кремневый модуль повышается со 100 – 150 единиц до 300 – 500 единиц.

При двух стадийном обесремнивании кремневый модуль доводят до 900 – 1000 единиц.

Очищенный алюминатный раствор направляют на разложение по способу карбонизации.

Трубчатый выщелачиватель представляет собой противоточный аппарат непрерывного действия. Он состоит из наклонно установленного вращающегося барабана (корпуса), к внутренней его поверхности приварена спираль. На корпус насажены бандажи, которыми он опирается на опорные ролики. Барабан приводится во вращение от электропривода через подвенцовую шестерню и зубчатый венец. Спек по течке подается в нижний конец барабана и спиралью перемещается к верхнему концу. Навстречу спеку самотеком движется растворитель, который проходит через отверстия спирали, а часть его переливается через витки спирали. Пройдя выщелачиватель, растворитель превращается в алюминатный раствор (насыщается алюминатом натрия), который непрерывно отбирается с нижнего конца корпуса.

Шлам также непрерывно выгружается из аппарата кольцевым элеватором, установленным в верхнем конце корпуса. Между витками спирали расположены полки, устраняющие скольжение спека и улучшающие его контакт с растворителем.

Нижний конец барабана закрыт плоской стенкой и входит в неподвижную загрузочную головку (на схеме не показана).

В центре плоской стенки имеется отверстие, через которое сливается алюминатный раствор. В верхнем конце барабана размещен элеватор. В кольцевом пространстве элеватора имеются перфорированные лопатки, которые при вращении барабана поднимают шлам и сбрасывают в разгрузочную течку. Для поддержания нормального температурного режима выщелачивания предусмотрена подача охлаждающей воды на наружную поверхность барабана.

Производительность трубчатого выщелачивателя длиной 36 м и диаметром 3,6 м с двухзаходной спиралью составляет 80—90 т/ч спека, скорость вращения 0,3—0,5 об/мин.

При эксплуатации трубчатого выщелачивателя контролируют и регистрируют расход спека, его химический и гранулометрический состав, расход маточного раствора на подщелачивание, концентрацию и каустический модуль алюминатного раствора, содержание твердого в алюминатном растворе, температуру алюминатного раствора, промводы и маточного раствора.

Большое влияние на показатели выщелачивания оказывает качество спека. При увеличении в спеке количества крупной фракции (+8 мм) извлечение Al2O3 и Na2O снижается; при повышенном содержании мелкой фракции (—1 мм) возрастает вынос твердой фазы из спека, что также приводит к снижению извлечения Al2O3 и Na2O из-за роста вторичных потерь. Особенно велик вынос твердой фазы при выщелачивании недостаточно обожженного материала (недопека). Кроме того, при выщелачнваннн недопека происходит быстрое зарастание спиралей шламом, что приводит к снижению производительности трубчатого выщелачивателя. Интенсивное зарастание наблюдается также при частых остановках выщелачивателя. Поэтому при остановке выщелачивателя после прекращения подачи спека вращение барабана следует продолжать до полной выгрузки шлама.