Расчет материального баланса производства глинозема способом Байера. Оценка распределения в нем органических примесей

Расчет потерь

При товарном выходе Al₂O₃ 89,0%, если в 1 т полученного глинозема содержится 990,0 кг Al₂O₃, потребуется сухого боксита кг. В нем должно содержаться кг Al₂O₃.

Следовательно, общие потери Al₂O₃ составляют кг. Из этого количества потерь Al₂O₃ при дроблении теряется 0,2% Al₂O₃, или кг, что соответствует потере кг сухого боксита.

На размол поступает  кг сухого боксита и сухой извести кг. Потери Al₂O₃ те же, что и при дроблении, т. е. в сырой пульпе, поступающей на автоклавное выщелачивание, содержится кг сухого боксита.

На выщелачивание  поступает, кг:

С бокситом
Al2O3		2051,70·0,540=1107,92
Fe2O3		2051,70·0,236=484,20
SiO2		2051,70·0,040=82,07
TiO2		2051,70·0,022=45,14
CaO		2051,70·0,020=41,03
CO2		2051,70·0,016=32,83
П.п.п.		2051,70·0,110=225,68
Прочие		2051,70·0,016=32,83
Итого		2051,70
Влага		2051,70·0,07=143,62
С известью
CaO		61,67·0,89=54,89
SiO2		61,67·0,036=2,22
CO2		61,67·0,02=1,23
Прочие		61,67·0,054=3,33
Итого		61,67
Влага		61,67·0,05=3,08

 

Каустика необходимо ввести: м³ или кг.

С каустиком поступает, кг:

Na2Oобщ		62,90
CO2		5,1·0,141=0,72
H2O(по разности)		139,42
Итого		203,04

 

 

Примерный состав красного шлама, кг:

Al2O3		, без учета потерь от гидролиза,  где 8,2 и 11,0% - потери Al2O3 с красным шламом в нерастворимой форме и общие потери (см. табл. 1)
Na2O		41,70
Fe2O3		484,20
TiO2		45,14
SiO2		82,07+2,22=84,29
CaO		41,03+54,89=95,92
Прочие		32,83+3,33=36,16
П.п.п.		63,19

 

В красном шламе должно содержаться Fe₂O₃, TiO₂, SiO₂, CaO и прочих столько, сколько этих компонентов в автоклавной пульпе.

Масса красного шлама без учета п.п.п. равна  кг. П.п.п. подсчитываем так:

1. SiO₂ находится шламе в составе гидроалюмосиликата натрия Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O; тогда с 84,29 кг SiO₂ связаны кг Al₂O₃ и кг H₂O;
2. CaO в шламе находится в составе CaO·TiO₂·H₂O; тогда с 45,14 кг TiO₂ связанно кг H₂O;
3. Al₂O₃, не связанный в гидроалюмосиликат натрия, находится в шламе в составе 3CaO· Al₂O₃·6H₂O; тогда с кг Al₂O₃ связанно кг H₂O;
4. примем, что 1,85 Fe₂O₃ находятся в шламе в виде Fe(OH)₃, тогда с кг Fe₂O₃ будет связанно кг H₂O.

Итого п.п.п. кг. Всего масса шлама кг, а с учетом потерь 7,79 кг Al₂O₃ от гидролиза масса шалма составит кг.

Химические потери Na₂O несколько ниже, чем то количество, которое должно быть связанно в составе Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O с 84,29 кг SiO₂ т. е. в гидроалюмосиликате натрия часть Na₂O замещена оксидом кальция.

Вследствие неполной отмывки с отвальным шламом теряется кг Na₂O, в том числе 4,69 кг Na₂O_к, где 2,5 это ж:т в отвальном шламе; 2,145 – содержание Na₂O в жидкой фазе отвального шлама, г/л.

При в жидкой фазе отвального шлама потери Al₂O₃ составят 4,45 кг, или 0,40%. Остальные потери Al₂O₃ по переделам принимаем по данным практики.

Составляем таблицу  потерь (табл. 1).

Таблица 1
Потери Al2O3 и Na2O
Статьи потерь	Al2O3		Na2O, кг
	% от содержания в боксите	кг
При хранении и  дроблении	0,2	2,22	-
При размоле	0,2	2,22	0,5
В красным шламом:
в нерастворимой  форме	8,2	91,21	41,7
в растворимой  форме	0,4	4,45	5,19
за счет гидролиза	0,7	7,79	-
При декомпозиции	0,2	2,23	3,8
При выпарке  и выделении соды	0,2	2,23	4
С известковым  шламом	0,2	2,22	3,8
При кальцинации (и с итоговой продукцией)	0,7	7,79	4
Всего	11	122,36	62,9

 

Расчет состава и количества оборотного раствора

Выход Al₂O₃ при декомпозиции

.

Следовательно, в составе алюминатного раствора, поступающего на декомпозицию, содержится Al₂O₃, кг:

  ,

где 7,79 – потери Al₂O₃ на кальцинации, кг;

      990,0 – содержание Al₂O₃ в 1 т глинозема, кг.

Если бы отсутствовали механические потери на декомпозиции, то в маточном растворе осталось Al₂O₃, кг:

.

С учетом потерь Al₂O₃ на декомпозиции, выпарке и каустификации соды получим, что в оборотном растворе содержится Al₂O₃, кг:

(см. табл. 1).

При в нем содержится Na₂O_к ;

Na₂O_у = 8% от Na₂O_общ, т. е. .

 г/л.

Объем оборотного раствора, м³: ;

Масса оборотного раствора, кг: ;

 кг;

 кг;

 кг.

Масса сырой пульпы = масса влажного боксита + масса влажной извести + масса каустической щелочи + масса  оборотного раствора.

Масса сырой пульпы, кг: , где 0,50 – потери Na₂O при размоле, кг.

Разбавление пульпы при выщелачивании  с учетом самоиспарения в сепараторах  составляет 1,5%, или  кг.

На основании полученных данных составляем баланс автоклавного выщелачивания (табл. 2).

Разбавление и уплотнение пульпы. Промывка красного шлама

Принимаем, что концентрация Na₂O_к в жидкой фазе разбавленной пульпы (или в алюминатном растворе) 150,0 г/л; тогда при концентрация Al₂O₃ 145,15 г/л.

При концентрация Na₂O_у в алюминатном растворе будет г/л, а концентрация CO2 г/л. При плотности раствора 1240 кг/м³ концентрация H₂O составит, г/л:

  .

Состав алюминатного раствора приведен в табл. 3.

Со шламом увлекается алюминатного раствора кг,

где 937,69 – масса красного шлама  без учета потерь с ним Al₂O₃ в составе Al(OH)₃, кг;

       3,0 – ж:т в  сгущенной пульпе (со сгустителя).   

 

Таблица 2
Баланс автоклавного выщелачивания
Введено, кг			Получено, кг
Боксит:			Автоклавная пульпа:
Al2O3		1107,92	Al2O3		1909,08
Fe2O3		484,20	Na2Oобщ		2073,90*
SiO2		82,07	Fe2O3		484,20
TiO2		45,14	SiO2		84,29
CaO		41,03	TiO2		45,14
CO2		32,83	CaO		95,92
прочие		32,83	CO2		149,02
п.п.п.		225,68	прочие		36,16
H2O		143,62	п.п.п.		225,68
Итого		2195,32	H2O		6286,09
			Итого		11389,48
Известь:
CaO		54,89
SiO2		2,22
CO2		1,23
прочие		3,33
H2O		3,08
Итого		64,75
Каустик:
Na2Oк		61,89
Na2Oу		1,01
CO2		0,72
H2O		139,42
Итого		203,04
Оборотный раствор:
Al2O3		801,16
Na2Oк		1850,52
Na2Oу		160,98
CO2		114,24
H2O		5831,66
Итого		8758,56
Конденсат		168,31
Всего		11389,98	Всего		11389,98*
*За вычетом  потерь (0,5 кг Na2O) на размоле.

 

 

Таблица 3
Состав  алюминатного раствора
Компоненты	Концентрация
	г/л	%
Al2O3	145,15	11,71
Na2Oк	150,00	12,10
Na2Oу	12,95	1,04
CO2	9,19	0,74
H2O	922,71	74,41
Всего	1240,0	100,0

 

 

В этом растворе содержится, кг:

Al2O3		2813,07·0,1171=329,41
Na2Oк		2813,07·0,121=340,38
Na2Oу		2813,07·0,0104=29,26
CO2		2813,07·0,0074=20,82
H2O		2813,07·0,7441=2093,20

 

С жидкой фазой отвального шлама  теряется 4,45 кг Al₂O₃ и 5,09 кг Na₂O_общ, в том числе 4,69 кг Na₂O_к и 0,40 кг Na₂O_у. Потери за счет гидролиза составляют 7,79 кг Al₂O₃ и 4,12 кг H₂O.

Тогда с 1-й промводой возвращается на разбавление, кг:

Al2O3		329,41-4,45-7,79=317,17
Na2Oк		340,38-4,69=335,69
Na2Oу		29,26-0,40=28,86
CO2		20,82-0,28=20,54
H2O (по разности)		7129,91
Итого		7832,17

 

С промводой на разбавление автоклавной  пульпы поступает вода, количество которой определяется как разность между количествами воды в алюминатном растворе, красном шламе и автоклавной пульпе.

В алюминатном растворе на 117,10 кг Al₂O₃ приходится 744,10 кг H₂O (см. табл. 3), а на кг Al₂O₃ приходится H₂O

 кг,

где 1909,08 – содержание Al₂O₃ в автоклавной пульпе, кг;

       91,21 – то же, Al₂O₃ в красном шламе, кг;

       317,17 – то же, Al₂O₃ в 1-й промводе, кг.

H₂O в промводе содержится:

 кг,

где 13578,49 - H₂O в алюминатном растворе;

       63,19 – п.п.п.  в красном шламе;

       225,68 – п.п.п.  а автоклавной пульпе (см. табл. 2);

       6286,09 - H₂O в автоклавной пульпе (см. табл. 2).

На основании расчетов составляем балансы разбавления, уплотнения и  промывки красного шлама (табл. 4-6).

 

Таблица 4
Баланс  разбавления
Введено, кг			Получено, кг
Автоклавная пульпа (см. табл. 2):			Разбавленная  пульпа		19034,38
Al2O3		1909,08	Красный шлам:
Na2Oобщ		2073,90	Al2O3		91,21
Fe2O3		484,20	Na2O		41,70
SiO2		84,29	Fe2O3		484,20
TiO2		45,14	TiO2		45,14
CaO		95,92	SiO2		84,29
CO2		149,02	CaO		95,92
прочие		36,16	Прочие		36,16
п.п.п.		225,68	П.п.п.		59,07
H2O		6286,09	Итого		937,69
Итого		11389,48
Промвода (см. с. 7):			Алюминатный раствор (по разности):
Al2O3		317,17	Al2O3		2135,04
Na2Oк		335,69	Na2Oк		2157,83
Na2Oу		28,86	Na2Oу		238,92
CO2		20,54	CO2		169,56
H2O		7129,91	H2O		13582,61
Итого		7832,17	Итого		18283,96
Всего		19221,65	Всего		19221,65