Расчет материального баланса в ветви Байера

РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

Подготовка исходных материалов для переработки их в продукцию с характеристикой их качества

СТР 1

Исходные данные:

П.1 Химический состав боксита, %:

- Al₂O₃ 42,9;

- Fe₂O₃ 19,15;

- SiO₂ 10,87;

- CaO 0,99;

- CO₂ 1,8;

- ппп 23,5;

- прочие 1,23;

- влага 17,0;

- a_кр 3,95.

П.2 Химический состав известняка, %:

- CaO 54,9;

- CO₂ 43,14;

- SiO₂ 0,83;

- прочие 0,13;

- влага 11,11.

П.3 Химический состав кальцинированной соды, %:

- Na₂CO₃ + K₂CO₃ – 96,9;

- прочие 2,1;

- влага 1,0.

П.4 Химический состав тв. фазы железистых песков, %:

- Na₂O_k 1,52;

- Al₂O₃ 11,5;

- Fe₂O₃ 52,8;

- SiO₂ 7,2;

- CaO 4,8;

- прочие 14,61.

П.5 Химический состав алюминатного раствора ветви Байера, г/л:

- Al₂O₃ 127,0;

- Na₂O_k 119,87;

- Na₂O_у 19,0;

- CO₂ 11,11;

- прочие 5,24;

- Н₂О 965,28 кг/м³;

- плотность 1290 кг/м³;

- a_к 1,55.

П.6 Химический состав тв. фазы вар. пульпы, %:

- Al₂O₃ 21,95;

- Na₂O_k 11,5;

- Fe₂O₃ 30,05;

- SiO₂ 20,7.

СТР 2

П.7 Химический состав алюминатного раствора ветви спекания до обескремнивания, г/л:

- Al₂O₃ 98,0;

- Na₂O_k 90,8;

- SiO₂ 1,12;

- Н₂О 1008,56 кг/м³;

- a_кр 98,285;

- прочие 1,52;

- плотность 1200 кг/м³;

- a_к 1,524.

П.8 Химический состав оборотного раствора, г/л:

- Al₂O₃ 116,8;

- Na₂O_k 218,0;

- Na₂O_общ 239,2;

- Na₂O_у 21,2;

- СО₂ 15,045;

- Н₂О 1041,76 кг/м³;

- плотность 1420 кг/м³;

- a_О 3,07.

П.9 Разбавление алюминатного раствора ветви спекания при обескремнивании равно 2,0 %.

П.10 Разбавление алюминатного раствора ветви Байера при выщелачивании боксита (паром) равно 3,8%.

П.11 Ж:Т - шлама со сгустителей и промывателей красного шлама - 2,8%; пульпа Al(OH)₃ с конусов сгустителей – 1,0%.

П.12 Затравочное отношение равно 3,0.

П.13 Влага отфильтрованной продукционной Al(OH)₃ 10,0%; Na₂O 0,39%, влага кека в затравочной Al(OH)₃ 20%.

СТР 3

П.14 С оборотной содой увлекается жидкой фазы (оборотного раствора) в количестве 20% от массы влажной соды.

П.15 Топливом для печей спекания служат: Шубаркольский уголь марки «Д» – длиннопламенный с содержанием золы 5,8%; зола содержит:

- Al₂O₃ 21,5;

- Fe₂O₃ 13,2;

- SiO₂ 50,3;

- CaO 6,62;

- прочие 8,37%.

В качестве восстановителя применяется антрацит с зольностью 6%, зола содержит, %:

- Al₂O₃ 1,9;

- Fe₂O₃ 5,2;

- SiO₂ 4,6;

- CaO 4,2.

Расход угля в качестве топлива 465 кг на 1 т глинозема. Расход антрацита – восстановителя Fe в шихте 65 кг на 1 т глинозема.

П.16 Влага шихты на спекание – 38%.

П.17 Влага белого шлама с конуса сгустителя равна 55%, состав белого шлама ГАСН (Na₂O×Al₂O₃×2SiO₂×2H₂O).

П.18 Дозировка компонентов шихты спекания:

- дозировка известняка на a_изв = 1,071 = 2

- дозировка свежей соды на Al₂O₃ a_щел = 1,645 = 1,36

Дозировка боксита 3 вагона на 12 вагонов СаСО₃.

СТР 4

П.19 Товарный выход Al₂O₃ ветви Байера = 63,3%, потери Al₂O₃ составляют 100-63,3=36,7%.

П.20 Выход Al₂O₃ в обескремненный алюминатный раствор ветви спекания составляет 86%, сумма потерь ветви спекания за минусом безвозвратных потерь в ветви Байера составит 100-86=14%.

П.21 Суммарный товарный выход по заводу составляет 90% от Al₂O₃ в боксите.

П.22 Товарный глинозем содержит, %:

- Al₂O₃ 98,84;

- Na₂O_к 0,38;

- ппп 0,78;

- прочие 0,04.

П.23 Влага отвального шлама со спекания равна 35%.

П.24 Потери Na₂O по заводу составляют 95 кг/т глинозема.

П.25 Химический состав алюминатного раствора ветви спекания после обескремнивания и подщелачивания, г/л:

- Al₂O₃ 96,3;

- Na₂O_k 91,8;

- SiO₂ 0,19;

- Na₂O_у 6,35;

- СО₂ 4,5;

- Н₂О 1000,86 кг/м³;

- плотность 1200 кг/м³.

П.26 Химический состав маточного раствора, г/л:

- Al₂O₃ 65,3;

- Na₂O_k 122,0;

- Na₂O_у 15,0;

- СО₂ 10,65;

- плотность 1250 кг/м³.

П.27 Влага кека красного шлама равна 42%; влага красного шлама на спекание равна 52,5%.

СТР 5

П.28 Белый шлам с конуса сгустителей содержит 700 г/л твердого, плотность твердой фазы 2430 кг/м³.

П.29 Химический состав оборотного раствора с содоотстойника, г/л: Al₂O₃ 120,03; Na₂O_k 221,0; Na₂O_у 21,5; СО₂ 15,26.

СО₂ поглощаемое из атмосферы воздуха технологическими растворами равно 3 кг/т глинозема.

Расчет материального баланса в ветви Байера

П.1Расчет боксита вводимого в процесс: общий товарный выход Al₂O₃ 90% (стр.4 П.21), следовательно для получения 1 т глинозема необходимо подать в процесс боксита:

= 2559 кг

который содержит:

2559 0,429=1097,81 кг Al₂O₃

где 988,4 кг или 98,84%– содержание Al₂O₃ в 1 т глинозема (П.22);

0,429 (42,9%) – содержание Al₂O₃ в боксите (П.1)

П.2 Расчет общих потерь Al₂O₃; потери Al₂O₃ в обеих ветвях Байер – спекание составят:

1097,81 – 988,4 = 109,41 кг.

СТР 6

П.3 Расчет потерь Al₂O₃ и Na₂O_k в ветви Байера. На основании статистических данных потери Al₂O₃ и Na₂O_k по технологическим переделам сохраняют постоянное соотношение.

В таблице 1 представлены потери Al₂O₃ и Na₂O_k ветви Байера

Таблица 1 - Потери Al₂O₃ и Na₂O_k в ветви Байера

Процент потерь Al₂O₃ в ветви Байера от содержания Al₂O₃ в боксите составит:

100-63,3=36,7%

П.3.1 Потери Al₂O₃ при транспортировке и дроблении сырья:

=2,85 кг

где 1097,81 кг Al₂O₃ введено с бокситом (стр.5 П.1);

0,26 – потери Al₂O₃ % при транспортировке и дроблении.

На размол передано Al₂O₃:

1097,81 – 2,85 = 1094,96 кг

СТР 7

П.3.2 Потери Al₂O₃ при размоле:

=6,25 кг

П.3.3 Потери Al₂O₃ с красным шламом:

=378,08 кг

П.3.3.1 Потери Na₂O с красным шламом. Потери происходят в основном в виде ГАСН (Na₂O Al₂O₃ 2 SiO₂ 2Н₂О):

=221,14 кг

где 102 – молекулярный вес Al₂O₃ в ГАСН;

62 – молекулярный вес Na₂O_к в ГАСН

П.3.4 Потери Al₂O₃ при выпарке 6,25 кг как и при размоле, т.е. 0,57%.

П.3.4.1 Потери Na₂O_k при выпарке.

Потери Na₂O_k при выпарке идут в виде потерь оборотного раствора, в котором на 1 кг Al₂O₃ приходится:

Na₂O_общ = Na₂O_к +Na₂O_у =218,0+21,2=239,2 (стр.2 П.8)

Тогда потери Na₂O при выпарке составят:

Na₂O_общ = =13,3 кг

где 6,25 кг Al₂O₃ потери при выпарке (стр.7 П.3.4)

П.3.5 Потери Al₂O₃ при кальцинации:

=9,33 кг

П.3.5.1 Na₂O при кальцинации теряется в виде испарения с влагой при сушке и прокалке Al(OН)₃:

СТР 8

0,39 – 0,38=0,01%

или =0,1 кг

где 0,39% - Na₂O в продукционной Al(OН)₃ (стр.2 П 13);

0,38% - Na₂O в товарном глиноземе (стр.4 П 22)

П.4 Расчет материального баланса на участке размола боксита. На размол поступает с бокситом 1094,96 кг Al₂O₃ (стр.6 П.31). Выщелачивание этого количества Al₂O₃ требует дозировки оборотного раствора состава (стр.2 П.8), количество которого составит:

SiO₂= 1094,96× =277,4 кг

V=

где α_о и α_а – соответственно каустический модуль оборотного и алюминатного раствора (стр. 1 П.5 и стр.2 П.8);

А и N' – содержание в кг Al₂O₃ и SiO₂ в боксите состава (стр.1 П.1), поступающего на размол, в котором содержится на 1 т глинозема Al₂O₃ 1094,96 кг и SiO₂ 277,4 кг

n – содержание Na₂O_к в оборотном растворе (стр.2 П.8)

=8,82 м³

СТР 9

П.4.1 Расчет компонентов и количества оборотного раствора:

Al₂O₃=8,82 116,8=1030,176 кг

Na₂O_k=8,82 218,0=1922,76 кг

Na₂O_y =8,82 21,2=186,98 кг

CO₂=8,82 15,045=132,69 кг

Н₂О =8,82 1041,76=9188,32 кг

Итого=12460,926 кг

П.4.2 Расчет компонентов введенных в боксите на размол:

Al₂O₃=1094,96 кг (стр.6 П.3.1)

Fe₂O₃=2552,35 =497,70 кг

SiO₂= =277,4 кг (стр.8 П.4)

CaO=2552,35 =25,26 кг

CO₂=2552,35 =45,94 кг

Прочие=2552,35 =31,39 кг

ппп=2552,35 =599,80 кг

Н₂О=2552,35 =433,89 кг

Итого:3006,34 кг

где 19,5; 0,99; 1,8; 1,23; 23,5; 17,0 – соответственно содержание компонентов Al₂O₃; Fe₂O₃; CaO; CO₂; прочие; ппп; Н₂О в боксите (стр.1 П.1);

2552,35 кг – сухого боксита введено на размол (стр.8 П.4)

П.4.3 Расчет потерь Al₂O₃ и компонентов боксита при размоле.

Расчет потерь компонентов боксита ведется по доле этого компонента на 1 кг Al₂O₃ в боксите пропорционально к потере Al₂O₃ при размоле:

Al₂O₃=6,25 кг (стр.6 табл. 1)

Fe₂O₃= =2,84 кг

SiO₂= =1,58 кг

СаО= =0,14 кг

CO₂= =0,26 кг

СТР.10

ппп= =3,42 кг

Прочие= =0,17 кг

Н₂О = =2,47 кг

где 497,7; 277,4; 25,26; 45,94; 599,80; 31,39; 433,89 кг – соответственно содержание компонентов Al₂O₃; Fe₂O₃; CaO; CO₂; ппп; прочие; Н₂О в введенном боксите на размол (стр.9 П.4.2);

1094,96 кг Al₂O₃ введенного на размол (стр.6 П.3.1).

П.4.4 Расчет компонентов красного шлама.

При выщелачивании боксита весь глинозем из боксита за вычетом связанного с SiO₂ в виде ГАСН и частично недовыщелачивания переходит в раствор, а примеси остаются в твердой фазе красного шлама за вычетом потерь при размоле.

Таблица 2 – Состав красного шлама

где Fe₂O₃=497,7-2,84=494,86 кг

SiO₂=277,4-1,58=275,82 кг

СаО=25,26-0,14=25,12 кг

(2,84; 1,58 и 0,14 взяты из П.4.3)

СТР 11

П.4.4.1 Расчет ппп в красном шламе. ППП складывается из двух статей:

- образование NaAlO₂ и содержание в нем Н₂О;

- частично за счет нахождения Fe₂O₃ в форме Fe(OН)₃.

Принимаем, что весь SiO₂ находится в составе ГАСН, тогда ппп в нем составит:

=82,7 кг

где 120 – молекулярный вес двух молекул SiO₂ в ГАСН;

2×18 – молекулярный вес Н₂О в ГАСН;

275,82 кг SiO₂ (стр.10 табл.2)

Принимаем, что 10% от всей Fe₂O₃ в шламе находится в форме Fe(OН)₃, тогда количество ппп в нем составит:

=16,7 кг

где 54 – молекулярный вес трех молекул воды;

160 – молекулярный вес Fe₂O₃;

494,86 кг Fe₂O₃ в красном шламе (стр.10 табл.2)

Т.о., общее количество ппп в красном шламе:

82,7+16,7=99,4 кг

Прочие составляют:

31,39-0,17=31,22

где 31,39 кг – прочие в боксите (стр.9 П.4.2);

0,17 кг – потери прочих при размоле (стр.9 П.4.3)

СТР 12

П.4.5 Расчет вывода железистых песков и компонентов содержащихся в шихте.

Пески подвергают промывке и отделению тяжелых песков на вертикальных аппаратах колонного типа, после которых пески отправляются на шламовое поле.

Количество выхода железистых песков от твердой фазы красного шлама составит:

f==

где S - % SiO₂ в боксите (стр.1 П.1);

S₁ – % SiO₂ в твердой фазе варенной пульпы (стр.1 П.6);

S₂ - % SiO₂ в железистых песках (стр.1 П.4);

F - % Fe₂O₃ в боксите (стр.1 П.1);

F₁ - % Fe₂O₃ в варенной пульпе (стр.1 П.6);

F₂ - % Fe₂O₃ в железистых песках (стр.1 П.4)

f== =7,95%

Тогда количество железистых песков составит:

=119,28 кг

где 1500,46 кг – количество красного шлама (стр.10 табл.2)

П 4.5.1 Расчет компонентов в железистых песках. Железистые пески будут содержать:

Na₂O_k =119,28 =1,81 кг

Al₂O₃=119,28 =13,71 кг

SiO₂=119,28 =8,58 кг

Fe₂O₃=119,28 =62,97 кг

СаО=119,28 =5,72 кг

ппп= =20,17 кг

Прочие= =6,34 кг

Итого:119,3 кг

где 1,52; 11,5; 7,2; 52,8; 4,8 кг соответственно содержание компонентов в железистых песках;

119,28 кг – количество компонентов в железистых песках кроме ппп и прочих.

В таблице 3 представлен материальный баланс размола боксита.

СТР 13

Таблица 3 - Материальный баланс размола боксита

СТР 14

Таблица 4

% потерь составит: 100-86=14% (стр.4 П.20)

П.5.1 Сумма потерь Al₂O₃ по заводу равна 109,41 кг (стр.5 П.2), на спекание теряется Al₂O₃ за вычетом безвозвратных потерь ветви Байера при транспортировке 2,85 кг, при размоле 6,25 кг и с железистыми песками 13,71 кг, при кальцинации 9,33 кг, тогда на переделе спекания теряется:

109,41-2,85-6,25-13,71-9,33=77,27 кг

где потери при транспортировке, размоле и кальцинации (стр. 6 табл. 1);

13,71 кг – потери с железистыми песками (стр.13 Т.3)

П.5.1.1 Потери Al₂O₃ составят:

При размоле шихты

=0,6 кг

При спекании и дроблении

=3,69 кг

При выщелачивании

=69,54 кг

При промывке шлама

=1,27 кг

При обескремнивании

=0,83 кг

Итого:75,93 кг

СТР 15

П.5.1.2 Потери Na₂O_k по заводу составляют в сумме 95 кг на 1 т глинозема (стр.4 П.24)

Потери Na₂O_k по статьям потерь рассчитываем пропорционально потерям Na₂O_k на 1 кг Al₂O₃.

При размоле шихты

=0,73 кг

При обескремнивании

=1,017 кг

При спекании и дроблении

=4,54 кг

При выщелачивании

=85,4 кг

При промывке красного шлама

=1,56 кг

Итого:93,247 кг

П.6 Расчет материального баланса узла выщелачивания боксита

П.6.1 Расчет компонентов и количества красного шлама после вывода железистых песков производим по разнице потерь Al₂O₃ и Na₂O_k в ветви Байера (таблица 3) и количества железистых песков при размоле (таблица 4):

Al₂O₃=378,08-13,71=364,37 кг

SiO₂=275,82-8,58=267,24 кг

Na₂O_k=221,14-1,81=219,33 кг

Fe₂O₃=494,86-62,97=431,89 кг

CaO=25,12-5,72=19,4 кг

ппп=99,4-20,17=79,23 кг

Прочие=31,22-6,34=24,88 кг

Итого: 1406,34 кг

где 378,08; 275,82; 221,14 и т.д. – это соответственно содержание

Al₂O₃; SiO₂; Na₂O_k и т.д. в красном шламе (стр.10 табл.2);

13,71; 8,58 и т.д. – это соответственно содержание Al₂O₃; SiO₂ и т.д. в железистых песках (стр.12 табл.3)

СТР 16

П.6.2 Расчет алюминатного раствора и его компонентов, увлекаемого красным шламом после сгущения. При Ж:Т =2,8% в сгущенном шламе конуса сгустителей (стр.2 П.11) с красным шламом увлекается на промывку красного шлама алюминатного раствора:

1406,34×2,8=3937,752 кг алюмин р-ра

или

3937,752/1290=3,05 м³

где 1290 кг/м³ – плотность алюминатного раствора (стр.1 П.6);

1406,34 кг – количество красного шлама после вывода железистых песков (стр.15 П.6.1)

В алюминатном растворе содержатся компоненты:

Al₂O₃=3,05×127,0=387,35 кг

Na₂O_k =3,05×119,87=365,6 кг

Na₂O_y =3,05×19,0=57,95 кг

CO₂=3,05×11,11=33,88 кг

Итого: 844,78 кг

Н₂О=3937,752-844,78=3092,97 кг

где 3937,752 кг алюмин р-ра увлекаемого красным шламом на промывку (стр.16 П.6.2);

127,0; 119,87 и т.д – содержание в алюминатном р-ре Al₂O₃, Na₂O_k и т.д. (стр.1 П.5);

П.6.3 Расчет первой пром. воды, количества ее компонентов

П.6.3.1 Количество Al₂O₃ перейдет в первую пром воду:

Al₂O₃=387,35-(1094,96× )=369,84 кг

СТР.17

где 1,6% – потери Al₂O₃ за счет гидролиза 0,9% и недоотливки шлама 0,7% от содержания Al₂O₃ в боксите. Эти потери впадают в потери с красным шламом рассчитанными в табл. 1;

387,35 кг – количество Al₂O₃ в жидкой фазе красного шлама (стр.16 П.6.2);

1094,96 кг – Al₂O₃ поступающего с бокситом на размол (стр.6 П.3.1)

П.6.3.2 Извлечение Na₂O_k в первую пром воду:

Na₂O_k =365,6-(365,6 =360,19 кг

где 0,74% - потери Na₂O_k за счет недоотливки при 3,5 кратной промывке и при соотношении компонентов =4. Извлечение Na₂O в первую пром воду составит 99,26%, учитывая механические потери Na₂O, увеличим в 2 раза – 365,6 кг Na₂O_k, содержащегося в жидкой фазе красного шлама (стр.16 П.6.2)

П.6.3.3 Извлечение Na₂O_y и CO₂ в первую пром воду:

Na₂O_y =57,95-(57,95 =57,1 кг

CO₂= =40,52 кг

где 57,95 кг Na₂O_y в жидкой фазе красного шлама (стр.16 П.6.2);

44 и 62 – соответственно вес CO₂ и Na₂O в соединении Na₂СO₃

П.6.3.4 Расчет воды в первой пром воде.

В алюминатном растворе содержится Al₂O₃:

Al₂O₃=2105,176-387,35-17,52=1700,306 кг

где 2105,176 кг - потери Al₂O₃ в сырой пульпе (стр.13 т.3)

СТР 18

387,35 кг Al₂O₃ в красном шламе (стр.16 П.6.2);

17,52 кг Al₂O₃ потери при промывке красного шлама

1094,96 =17,52 кг

На это количество Al₂O₃ в алюминатном растворе приходится Н₂О (рассчитываем на 1 кг Al₂O₃ в алюминатном р-ре):

Н₂О=1700,306 =12923,396 кг

где 965,26; 127,0 соответственно количество Н₂О и Al₂O₃ в хим. составе алюминатного раствора (стр.1 П.5);

1700,306 кг Al₂O₃ в алюминатном р-ре на 1 т глинозема (стр.17П.6.3.4)

Тогда на промывку красного шлама вводится Н₂О:

Н₂О= 4322,036 кг

где 1018,38 кг воды или пром воды, передаваемой с кеком красного шлама на спекание (кек содержит 42% влаги (стр.4 п.27));

9619,74 кг Н₂О в сырой пульпе (стр.13 т.3)4

1406,34 кг твердой фазы в кеке красного шлама (стр.15 П.6.1)

П.7 Расчет разбавления сырой пульпы за счет острого пара затраченного при выщелачивании боксита:

Н₂О=15330,81 =582,37 кг

где 15330,81 кг сырой пульпы (стр.13 т.3);

3,8% разбавление за счет острого пара (стр.2 П.10)

На основании приведенных расчетов составим баланс выщелачивания, приведенный в таблице 5.

СТР19

Таблица 5 - Материальный баланс выщелачивания

СТР 20

В таблице 6 представлен матер баланс сгущения кр шлама

Таблица 6 - Материальный баланс сгущения красного шлама

СТР 21

П.8 Расчет материального баланса промывки красного шлама.

П.8.1 Расчет пром. воды и ее компонентов увлекаемых кеком красного шлама имеющего влажность 42% (стр.4 П.27).

Al₂O₃=1094,96 =17,52 кг

Na₂O_k=365,6 =5,4 кг

Na₂O_y=57,95 =0,85 кг

CO₂= =0,6 кг

Н₂О= =1018,38 кг

В таблице 7 представлен материальный баланс промывки красного шлама.

Таблица 7 – Материальный баланс промывки красного шлама

СТР 22