Расчет материального баланса в ветви спекания

П.1 Расчет шихты спекания

П.1.1 Расчет количества жидкой фазы поступающей с красным шламом поданным на спекание.

Красный шлам (состав приведен в таблице 7) из ветви Байера подается с влажностью 52,5% (стр.4 П.27), которое складывается из влаги кека 42% и регулируется оборотной водой 52,5-42=10,5% подаваемый на репульпацию красного шлама. Тогда количество жидкой фазы поданной с красным шламом составит:

=1554,37 кг

где 0,475 (47,5%) – доля твердой фазы в красном шламе: 100-52,5=47,5

П.1.2 Расчет количества оборотной (рыжей) соды и ее компонентов.

На приготовление шихты поступает оборотная сода, выделяющаяся при выпаривании маточного раствора. В составе ее содержится СО₂ поступающаяся с бокситом, сумма которых составит:

СО₂=45,94+3,0=48,94 кг

где 45,94 кг СО₂ поступает с бокситом (таблица 3), которую для баланса нужно вывести из растворов;

3 кг СО₂ поглощается из воздуха в результате контакта его с растворами (с.5 П.30).

Это количество СО₂ в моногидрате соды Na₂O:

СТР 23

Na₂O_у= =64,73 кг

где 62 – вес Na₂O; 44 – вес СО₂

Тогда масса моногидрата соды (Na₂CO₃ Н₂О) составит:

45,94+64,73+ =111,71 кг

в которой содержится:

45,94+64,73=110,67 кг Na₂CO₃

Н₂О= =18,79 кг

где 18-вес Н₂О; 106-вес Na₂CO₃

П.1.3 Расчет количества жидкой фазы и ее компонентов, увлекаемой оборотной содой.

111,71 кг оборотной соды увлекается 20% оборотным раствором (стр.3 П.14) от влажного моногидрата соды, т.е. количество жидкой фазы будет равно:

=27,92 кг

или =19,66 м³ оборотного раствора

где 1,42 кг/м³ – плотность оборотного раствора (с.2 П.8);

80 – доля твердой фазы в оборотной соде (100-20=80)

Жидкая фаза оборотного раствора, содержащаяся в соде:

Al₂O₃= =2,3 кг

Na₂O_k= =4,3 кг

СТР 24

Na₂O_у= =0,42 кг

СО₂= =0,30 кг

Итого:7,32 кг

Н₂О=27,92-7,32=20,6 кг

где 120,03; 221,0; 21,5; 15,26 – содержание Al₂O₃; Na₂O_k; Na₂O_у; СО₂ в оборотном растворе с содоотстойника (стр.5 п.29);

27,92 кг – количество жидкой фазы увлекаемый рыжей содой (стр.23 П.1.3)

П.1.4 Расчет количества белого шлама и содержащихся в нем компонентов.

На приготовление шихты поступает белый шлам после обескремнивания алюминатного раствора и его сгущения. При выщелачивании спека в раствор переходит Al₂O₃:

364,37+17,52-77,2=304,69 кг

где 364,37 кг и 17,52 кг соответственно содержание Al₂O₃ в твердой и жидкой фазе красного шлама (стр.21.т.7);

77,2 кг – сумма потерь Al₂O₃ (стр.14 т.4)

П.1.4.1 Расчет выхода белого шлама

При _кр алюминатного раствора до обескремнивания:

_кр= =87,5

где 1,12 - SiO₂.

С алюминатным раствором поступающем на обескремнивание поступает SiO₂:

SiO₂= =3,48 кг

где 304,69 кг Al₂O₃ перешедшего из красного шлама (стр.24 т.1.4)

СТР 25

Для простоты расчета принимаем, что весь SiO₂ при обескремнивании р-ра выделился в осадок в виде ГАСН (Na₂O Al₂O₃ 2 SiO₂ 2Н₂О).

_кр в алюминатном р-ре после обескремнивания равно:

_кр = =506,84 кг (стр.4 П.25)

Состав белого шлама составляет:

Al₂O₃= =2,958 кг

Na₂O_k= =1,798 кг

SiO₂=3,48 кг

Н₂О= =1,044 кг

где 102; 62; 36 – вес Al₂O₃; Na₂O; 2Н₂О приходятся на 2 молекулы SiO₂ =120 в ГАСН;

3,48 кг SiO₂ в белом шламе (стр.24 П.1.4.1)

П.1.4.2 Расчет жидкой фазы увлекаемой белым шламом.

В сгущенном белом шламе из конуса сгустителей содержится 700 г/л твердого (с.5 П.28), тогда объем жидкой фазы в 1 л пульпы будет равен:

1- =0,72 л

где 2430 кг/м³ или 2430 г/л – плотность твердой фазы (стр.5 П.28)

или количество жидкой фазы будет равно

0,72×1200=864 г

т.е. на каждую единицу твердого приходится жидкого

Ж:Т=864:700=1,23

где 1200 кг/м³ – плотность алюминатного р-ра (стр.4 П.25)

СТР 26

Следовательно, с белым шламом, поступающем в жидкую фазу алюминатного р-ра ветви спекания:

9,26×1,23=11,38 кг

где 9,26 кг – количество белого шлама (стр.25 П.1.4.1)

В жидкой фазе белого шлама содержится компонентов:

Al₂O₃= =0,91 кг

Na₂O_k= =0,87 кг

Н₂О=11,38-0,91-0,87=9,6 кг

1200 г/л – плотность алюминатного раствора;

96,3 г/л; 91,8 г/л – содержание Al₂O₃ и Na₂O_k в алюминатном растворе после обескремнивания (стр.4 П.25);

1200г/л – плотность алюминатного раствора.

П.1.5 Расчет дозировки известняка в шихту.

Расчет дозировки известняка в шихту сводится к расчету расхода СаО на SiO₂ находящихся в шихте.

С шихтой поступает SiO₂:

267,24+3,48+13,56=284,28+3,946=288,226 кг

где 267,24 кг SiO₂ в красном шламе (Т.7);

3,48 кг SiO₂ в твердой фазе белого шлама (стр.24 П.1.4.1);

17,506 кг поступающей с золой угля топочного, равный 465 кг/т глинозема и угля восстановителя, равный 65 кг/т глинозема.

=13,56 кг

где 5,8% золы в топочном угле;

50,3% - содержание SiO₂ в золе угля (стр.3 П.15)

СТР 27

Зола угля восстановителя содержит SiO₂:

=3,946 кг

где 6% золы в антраците;

4,6% SiO₂ в золе (стр.3 П.15)

или

SiO₂= 13,56+3,946=17,506 кг

При молярном отношении в шихте СаО: SiO₂=2 (стр.3 П.18) на связывание 288,226 кг SiO₂ потребуется СаО:

СаО= 426,021 кг

где 288,226 кг SiO₂ (стр.26 П.1.5);

112 – вес 2-х молекул СаО;

60-вес SiO₂

т.е. СаО дозируется на образце 2СаО ×SiO₂. В этом числе СаО поступает 19,4 кг СаО с красным шламом (стр.21 Т.7) и с золой угля:

СаО= =1,94 кг

где 5,8%и 6% золы в топочном угле и в угле восстановителе;

6,62% и 4,2% СаО в золе топочного угля и в угле восстановителе (стр. 3 П.15);

465 кг – количество топочного и восстановительного угля, тогда в шихту необходимо подать СаО:

СаО=426,021 -19,4-1,94=404,681 кг

Или количество известняка будет равно:

СаСО₃= 757,82 кг

где 0,549 (54,9%) СаО в известняке (стр.1 П.2)

СТР 28

0,015 кг – количество СаО, связанного с SiO₂ (находится в известняке в 2-х СаО и SiO₂, которая рассчитывается следующим образом):

СаО= =0,015 кг

где 0,83 SiO₂ в известняке (стр.1 П.2);

112 и 60 – вес 2-х СаО и SiO₂.

П.1.5.1 Расчет компонентов, содержащихся в известняке:

СаО= 416,043 кг

СО₂= 326,92 кг

SiO₂= 6,28 кг

Прочие = 0,98 кг

=750,223 кг

Н₂О=757,82 – 750,223=7,597 кг

где 54,9; 43,14; 0,83;0,13 соответственно СаО; СО₂; SiO₂; прочие содержатся в известняке (стр.1 П.2);

757,82 кг СаСО₃ (стр.27 П.1.5)

П.1.5.2 Расчет влаги угля подаваемого для восстановления железа.

В качестве восстановителя железа вводится 65 кг антрацита, содержание воды в котором:

Н₂О= 3,77 кг

где 5,8% содержание влаги в антраците (стр.3 П.15)

СТР 29

Масса сухого угля в восстановителе равна:

65-3,77=61,23 кг

П.1.5.3 Расчет компонентов золы угля топочного в восстановителе.

Количество золы в топочном угле равно 5,6% (стр.3 П.15):

=26,97 кг

Количество золы в антраците 6%:

=3,9 кг

Зола топочного угля и угля восстановителя содержит компоненты:

Расчет компонентов введенных с бокситом.

На 1 т глинозема на спекание будет передано боксита:

=116,55 кг

где 757,82 кг – количество вводимого известняка;

15,38% - содержание известняка в шихте на спекание.

Al₂O₃=116,55 =49,9 кг

Fe₂O₃=116,55 =22,3 кг

SiO₂=116,55 =12,7 кг

СаО=116,55 =1,15 кг

СО₂=116,55 =2,09 кг

ппп=116,55 =27,4 кг

Итого =115,54 кг

прочие=116,55-115,54=1,07 кг

Н₂О=116,55 =19,81 кг

Всего: 136,36 кг

где 42,9 кг; 19,15 кг; 10,87 кг; 0,99 кг; 1,8 кг; 23,5 кг – химический соситав боксита.

В таблице 7 представлен материальный баланс шихты спекания.

Расчет потерь при спекании и дроблении спека.

Потери Al₂O₃ и Na₂O при спекании и дроблении спека составят:

Al₂O₃=3,694 кг

Na₂O_k=4,54 кг

Fe₂O₃= =4,4 кг

SiO₂= =2, кг

СаО== =0,2 кг

Прочие= =0,25 кг

где 364,37 кг Al₂O₃; 431,89 кг Fe₂O₃; 267,24 кг SiO₂; 19,4 кг СаО; 24,88 кг прочие – содержание компонентов в красном шламе.

При спекании также теряется испаряющаяся из пульпы вода, равная 1103,11 кг; ппп=106,69 кг и выгорает СО₂=527,86 кг, которое выносится в графу потерь таблицы 9.

Расчет материального баланса выщелачивания спека.

Выщелачивание спека осуществляется I пром.водой после промывки отвального шлама.

При выщелачивании спека в раствор переходят алюминат натрия и небольшая часть кремнезема, а все примеси остаются в шламе.

В таблице 8 представлен материальный баланс спекания шихты и дробления спека.

Таблица 8 - Материальный баланс спекания шихты и дробления спека

Расчет отвального шлама и его компонентов.

А1₂О₃ = 69,48 кг

Na₂O = 85,5 кг

Fe₂O₃ = 452,85 кг

SiO₂ = 288,58-3,48=285,10 кг

СаО = 565,47 кг

Прочие = 29,88 кг

Всего: 1488,3 кг

где 3,48 кг SiO₂ перешедшие в алюминатный раствор до обескремнивания.

Расчет количества жидкой фазы, увлекаемой отвальным шламом.

Влага отвального шлама после промывки равна 35 %, тогда количество увлекаемой жидкой фазы будет равно, кг:

=747,35 кг

где 1488,3 кг твердой фазы отвального шлама.

Количество Н₂О в жидкой фазе отвального шлама составит:

747,35-1,268-1,56=744,5 кг

где 1,268 кг А1₂О₃ и 1,56 кг Na₂O_к потери при промывке отвального шлама, которые содержатся в жидкой фазе увлекаемой отвальным шламом.

Расчет компонентов и количество алюминатного раствора до обескремнивания.

В алюминатный раствор переходит Аl₂О₃:

Аl₂О₃=383,406-69,48-1,268=312,66 кг

где 383,406 кг- содержание Аl₂О₃ в дробленном спеке;

69,48 кг- содержание Аl₂О₃ в твердой фазе отвального шлама;

1,268 кг Аl₂О₃- потери при промывке.

При содержании Аl₂О₃ равным 98,0 г/л и Н₂О равным 1008,56 кг/м³ в алюминатном растворе на 312,66 кг Аl₂О₃ приходится воды:

Н₂О= =3217,7 кг

Остальные компоненты алюминатного раствора рассчитываются по разнице (материального баланса выщелачивания спека).

Расчет Н₂О вводимой на промывку отвального шлама:

Н₂О=3217,7+747,35=3965,05 кг

где 3217,7 кг Н₂О в алюминатном растворе;

747,35 кг Н₂О содержится в жидкой фазе увлекаемой отвальным шламом.

В таблице 9 представлен материальный баланс выщелачивания спека.

Таблица 9 - Материальный баланс выщелачивания спека

4. Расчет материального баланса обескремнивания алюминатного раствора.

4.1 Алюминатный раствор при обескремнивании разбавляется конденсатом греющего пара на 2%, т.е. дополнительно будет введено воды:

Н₂О= =76,22 кг

где 3811,14 кг алюминатного раствора, поступающего на обескремнивание.

П 4.2 Количество SiO₂ в обескремненном алюминатном растворе:

SiO₂= =0,61 кг

где 312,66 кг Al₂O₃ в алюминатном растворе до обескремнивания;

506,84 _крем. алюминатного раствора после обескремнивания:

_крем. = =506,84

Тогда в белый шлам перейдет SiO₂:

SiO₂=3,48-0,61=2,87 кг

где 3,48 кг SiO₂ в алюминатном растворе до обескремнивания;

0,61 кг SiO₂ в алюминатном растворе после обескремнивания.

П 4.3 Уточненный расчет состава белого шлама:

Al₂O₃=2,87 =2,44 кг

Na₂O_k=2,87 =1,48 кг

SiO₂=2,87 кг

Н₂О=2,87 =1,03 кг

П 4.4 Уточненный расчет компонентов жидкой фазы увлекаемых белым шламом.

Количество жидкой фазы будет равно:

7,82-1,23=6,59 кг

или =0,005 м³

В жидкой фазе содержится:

Al₂O₃=0,005 96,3=0,48 кг

Na₂O_k=0,005 91,8=0,46 кг

Н₂О=6,59-0,4815-0,459=5,65 кг

Итого: 6,59 кг

В таблице 10 представлен материальный баланс обескремнивания алюминатного раствора.

Таблица 10 - Материальный баланс обескремнивания алюминатного раствора

П 5 Расчет материального баланса декомпозиции и обработки Al(OH)₃.

При перемешивании охлажденного алюминатного раствора с затравкой (свежей Al(OH)₃) происходит разложение алюминатного раствора, сопровождающееся выделением Al(OH)₃ в осадок. Выпавшую Al(OH)₃ отделяют от маточного раствора, промывают и прокаливают при температуре 1200⁰С, получая глинозем. Большая часть Al(OH)₃ после декомпозиции отделяют от маточного раствора фильтрованием и возвращают на декомпозицию в качестве затравки.

П 5.1 Расчет количества затравки.

При затравочном отношении (ЗО) 3,0 % с затравочной Al(OH)₃ поступает:

Al₂O₃=(1723,29+308,91) 3=6096,6 кг

где 1723,29 кг Al₂O₃ в алюминатном растворе ветви Байера;

308,91 кг Al₂O₃ в алюминатном растворе ветви спекания.

С 6096,6 кг Al₂O₃ поступает кристаллизационной воды Al₂O₃ 3Н₂О:

Н₂О=6096,6 =3227,6 кг

где 54 и 102 – вес 3-х молекул Н₂О и Al₂O₃.

Количество затравки будет равно:

6096,6+3227,6=9324,2 кг

П 5.2 Расчет увлеченного маточного раствора с затравкой.

Влага отфильтрованной Al(OH)₃ равна 20%, тогда с затравкой Al(OH)₃ поступает жидкой фазы:

9324,2 =1864,84 кг

или =1,49 м³

где 1250 кг/м³ – удельный вес маточного раствора.

В маточном растворе увлекаемый затравочной Al(OH)₃ содержатся компоненты:

Al₂O₃ =1,49 65,3=97,3 кг

Na₂O_k =1,49 122,0=181,8 кг

Na₂O_у =1,49 15,0=22,35 кг

СО₂=1,49 10,65=15,86 кг

=317,31 кг

Н₂О=1864,84-317,31=1547,53 кг

Итого: 1864,84 кг

где 65,3 г/л Al₂O₃; 122,0 г/л Na₂O_k; 15,0 г/л Na₂O_у; 10,65 г/л СО₂ – содержание компонентов в маточном растворе.

П 5.3 Расчет продукционной Al(OH)₃ - твердой фазы.

Количество Al₂O₃ в продукционной Al(OH)₃ составит:

Al₂O₃=988,4+9,33=997,73 кг

где 988,4 кг Al₂O₃ в товарном глиноземе;

9,33 кг Al₂O₃ - потери при прокаливании.

Количество кристаллизационной Н₂О в продукционной Al(OH)₃:

54=528,21 кг

где 54 и 102 – вес 3-х молекул Н₂О и Al₂O₃.

Тогда сумма Al(OH)₃ на 1 т глинозема поступающей на кальцинацию:

Al₂O₃ 3Н₂О=997,73+528,21=1525,94 кг

П 5.4 Расчет жидкой фазы (маточного раствора) увлекаемый продукционной Al(OH)₃.

Ж:Т продукционной Al(OH)₃ из конуса гидпросепараторов равно 1,04 следовательно с продукционной Al(OH)₃ поступит маточного раствора:

1525,94 1,0=1525,94 кг

или =1,22 м³

который содержит:

Al₂O₃ =1,22 65,3=79,66 кг

Na₂O_k =1,22 122,0=148,84 кг

Na₂O_у =1,12 15,0=18,3 кг

СО₂=1,22 10,65=12,99 кг

Н₂О=1525,94- 259,79=1266,15 кг

где 65,3 г/л Al₂O₃; 122,0 г/л Na₂O_k; 15,0 г/л Na₂O_у; 10,65 г/л СО₂ – содержание компонентов в маточном растворе;

1250 кг/м³ – плотность маточного раствора.

В таблице 11 представлен материальный баланс декомпозиции и обработки гидроокиси алюминия.

П 6 Расчет материального баланса фильтрации и промывки продукционной гидроокиси алюминия.

П 6.1 На промывку Al(OH)₃ расходуется от 1 до 1,5 т воды-конденсата. Расход конденсата воды:

Н₂О=1525,94 1=1525,94 кг

где 1525,94 кг продукционной Al(OH)₃ .

П 6.2 Продукционная Al(OH)₃ после 3 стадии фильтрации содержит 10,0% влаги, следовательно с продукционной Al(OH)₃ будет передано на кальцинацию жидкой фазы:

997,73 =99,773 кг

где 997,73 кг Al₂O₃ в продукционной Al(OH)₃.

П 6.3 С жидкой фазой продукционной Al(OH)₃ увлекается на кальцинацию Na₂O_k:

Na₂O_k=997,73 =3,89 кг

где 0,39% - содержание Na₂O_k в Al(OH)₃ после 3-й стадии фильтрации.

Оставшаяся Na₂O_k возвращается на выпарку.

П 6.4 С 3,89 кг Na₂O_k при _{мат. р-ра}:

_к= =3,07 кг

где 122 г/л Na₂O_k;

65,3 г/л Al₂O₃ в маточном растворе.

В маточной раствор увлекается:

Al₂O₃= =2,084 кг

П 6.5 В жидкой фазе увлекаемой продукционной Al(OH)₃ содержится Н₂О:

Н₂О=99,773-2,084-3,89=93,799 кг

где 99,773 кг жидкой фазы увлекаемой Al(OH)₃;

2,084 кг Al₂O₃ и 3,89 кг Na₂O_k в пром. воде, увлекаемой Al(OH)₃.

П 6.6 Расчет компонентов продукционной Al(OH)₃.

Промытая Al(OH)₃ содержится в твердой фазе Al₂O₃:

Al₂O₃=997,73-2,084=995,646 кг

В продукционной Al(OH)₃ содержится 995,646 кг Al₂O₃, тогда содержание кристаллизационной воды составит:

Н₂О=995,646 =527,106 кг

где 54 и 102 – вес 3 Н₂О и Al₂O₃.

В таблице 12 представлен материальный баланс фильтрации и промывки продукционной гидроокиси алюминия.

Таблица 12 - Материальный баланс фильтрации и промывки продукционной гидроокиси алюминия

П 7. Материальный баланс кальцинации Al(OH)₃.

П 7.1 Расчет компонентов товарного глинозема:

Al₂O₃ =1000 =988,4 кг

Na₂O_k =1000 =3,8 кг

ппп=1000 =7,8 кг

Итого: 1000 кг

Прочие=1000- 1000=0 кг

где 98,84% Al₂O₃; 0,38% Na₂O_k; 0,78% ппп. в товарном глиноземе.

В таблице 13 представлен материальный баланс кальцинации.

Таблица 13 - Материальный баланс кальцинации