Деятельность технологического цеха завода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Краткая характеристика предприятия и исходные данные для его проектирования

Павлодарский алюминиевый завод расположен в г. Павлодаре Республике Казахстан, восточнее жилых районов города. Завод граничит южной стороной с территорией ТЭЦ_1 и городскими землями, северной - с железнодорожной станцией.

Железнодорожная связь завода с общей сетью железнодорожных дорог осуществляется примыканием подъездного железнодорожного пути завода к станции МПС-Южная, расположенной на расстоянии 1 км от северной границы завода.

С городом завод связан автомобильной дорогой и трамвайной линией.

Завод запроектирован на принципах широкого кооперирования в строительстве и эксплуатации объектов общегородского хозяйства в части строительных баз, водоснабжения, канализации, тепловых и электрических сетей, общегородских объектов и объектов бытового и коммунального назначения.

Основание проектной схемы, достигнутое технико-экономическими показателями процесса, позволили коллективу завода и ВАМИ поставить вопрос об увеличении мощности по производству глинозема на 11,1% в год сверх утвержденной.

Строительство завода осуществлялось очередями. В результате строительство ряда новых объектов, реконструкции или расширения некоторых действующих переделов глиноземного производства мощность завода с каждым годом увеличивается и к 2005 году планируется выпускать глинозем 1500000 тонн в год.

1.1 Номенклатура, качество и технический уровень продукции

Продукционный гидрат представляет собой крупнодисперсный гидроксид алюминия и имеет следующую характеристику: SiO2 - не более 0,02%; Na2O - не более 0,4%; Fe2O3 - не более 0,03%; влага - не более 12%.

Маточный раствор представляет собой щелочной раствор, содержащий примеси в виде различных химических соединений и имеет следующую характеристику:

- бк - не менее 2,8 единиц;

- содержание твердого - не более 2,5 г.тв/дм3.

Глинозем является основным исходным материалом в производстве алюминия электролитическим путем. К глинозему в этом случае предъявляется ряд требований, которые должны учитываться при разработке способов, применяемых для извлечения его из тех или иных алюминиевых руд.

Глинозем прежде всего должен отличаться высокой степенью чистоты, так как примеси окислов элементов с более электроположительным, чем у алюминия, потенциалом (Fe2O3, SiO2, TiO2) будут в первую очередь разлагаться при электролизе, загрязняя получаемый алюминий. Примеси же соединений более электроотрицательных металлов (например Na2O и СаО) вызовут изменение состава электролита.

Глинозем должен содержать минимальное количество влаги и иметь такую форму, которая обеспечила бы его достаточную негигро-скопичность при длительном хранении. Присутствие значительных количеств влаги в глиноземе приводит к частичному разложению расплавленного электролита (криолита), который разбрызгивается при соприкосновении с влажным глиноземом.

Глинозем должен получаться в кристаллах такой крупности, при которой бы он достаточно быстро растворился в электролите и мало распиливался при загрузке в ванну. Крупнокристаллический глинозем медленно растворяется в электролите, образуя осадки на поду ванны; очень мелкий сильно распыливается, что является причиной его механических потерь.

Требования, предъявляемые к глинозему, определяются техническими условиями.

В производстве металлического алюминия электролитическим путем употребляется глинозем главным образом марки Г1 или Г0 (при получении металла повышенной чистоты); что касается глинозема марки Г2, то он применяется в абразивной промышленности, а также может служить исходным материалом в производстве кремнеалюминиевых сплавов электротермическим восстановлением.

В процессе спекания шламовой шихты конечным продуктом является спек, которому предъявляются следующие требования: пористость, цвет должен быть от светло-серого до темно-зеленого, максимально возможное выщелачивание.

Сырьевой базой данного цеха является цех подготовки шихты, где происходит дозировка к красному шламу известняка и соды.

При подготовке шихты придерживаются следующих требований: компоненты шихты должны быть точно сдозированы и хорошо смешаны, чтобы после окончания размола получить шихту требуемого состава.

1.2 Основные технологические и проектные решения

На основе анализа научно-исследовательских работ проектом предусматривается установление типовых вращающихся трубчатых печей глиноземного производства с типовыми размерами 5х100 м с подачей распыленной шихты через пульповые форсунки. Охлаждение спека происходит в барабанных холодильниках с размерами 5х50 м.

Вращающаяся печь является печным агрегатом непрерывного действия, работающая по принципу противотока. Горячие печные газы движутся навстречу обжигаемому материалу.

Увеличение длины печей способствует улучшению теплообмена при противотоке газов и материала, однако нагрузка на корпус печи значительно увеличивается. И после различных исследований пришли к выводу, что оптимальными размерами трубчатых вращающихся печей являются: диаметр 5 м, длина 100 м, при этом снижается удельный расход топлива, а также уменьшаются капитальные и трудовые затраты.

1.3 Численность и профессионально-квалифицированный состав работающих

Работники предприятия подразделяются на две группы: промышленно-производственный персонал и непромышленный персонал.

К первой группе относятся: все работники производственных цехов (основных и вспомогательных, побочных и подсобных производств, работники аппарата управления, работники пожарно-сторожевой охраны, работники лабораторий).

К непромышленному персоналу относятся: персонал врачебно-санитарных учреждений, работники заводского транспорта.

Различают списочную, штатную и явочную численность работников. Под явочной понимают фактическое число рабочих в течении суток. Под штатной - число рабочих, необходимых в непрерывных производствах для подмены в выходные и праздничные дни неработающих. В производствах с непрерывным режимом работы штатный и явочный составы совпадают. Списочный состав больше штатного на число временно отсутствующих и включает всех постоянных, временных и сезонных работников.

Потребность в инженерно-технических работниках, служащих и МОП определяют в соответствии с утвержденной директором предприятия структурой управления на основе объема производства и типовых структур и штатов для предотраслей цветной металлургии. При отсутствии отраслевых нормативов, численность ИТР определяется самим предприятием.

1.4 Потребность в энергоресурсах

Система электроснабжения завода выполнена в соответствии с проектом института «Тяжпромэлектропроект». Электроснабжение производится от ТЭЦ, входящей в состав АО «Алюминий Казахстана». Общая установленная мощность трансформаторов 370000 кВт.

2. Генеральный план и транспорт

2.1 Выбор и характеристика площадки

Для строительства проектируемого цеха выбираем площадку вблизи города Павлодара. Границами площадки служат с западной стороны - железнодорожная ветка, с северной стороны - основная железнодорожная магистраль «Астана-Новокузнецк», а восточная сторона является открытой.

Площадка расположена на землях, которые используются под огородные и другие сельскохозяйственные культуры.

К числу благоприятных факторов размещения площадки следует отнести возможность кооперирования с другими предприятиями по линии внешнего транспорта, водоснабжения, электроснабжения и строительства, а также водоснабжение осуществляется за счет естественных ресурсов реки Иртыш.

2.2 Характеристика рельефа местности, грунтов, грунтовых вод и климата

Рельеф площадки равнинный, слабо холмистый, со следующими климатическими данными: среднегодовая температура составляет +15°С, с колебанием от 0,1 до 3,1°С. Продолжительность теплового периода 6 месяцев. Заморозки начинаются со второй половины сентября и заканчиваются в конце апреля, начале мая.

Максимальная температуры наблюдается в июле, до +41,1°С, минимальная в январе, до -46°С. Таким образом, амплитуда колебаний температур до 87°С. Нормативная глубина промерзания грунтов для района г. Павлодара определяется в соответствии с П_24 и примечанием 2Н и ТУ_127-55 в 2,5 метра. Среднегодовое количество осадков составляет 201,6 мм, где 169,9 мм из них жидких. Максимальная средняя высота снежного покрова 41 см, минимальная - 6 см.

Господствующее направление ветров юго-западного румба со средней скоростью 5,3 м/сек. Наблюдаются ветры штормового характера, когда скорость ветра достигает до 40 м/сек. Таким образом климат характеризуется как сухой, континентальный с холодной зимой и сильными ветрами.

По сейсмичности района г. Павлодар относится к четырех бальной зоне.

Водозабор на технологические и бытовые нужды осуществляется из реки Иртыш.

2.3 Состав генерального плана, перечень всех зданий и сооружений, их взаимоположение

В проектируемый цех входят два основных здания и система пылеулавливания.

В первом здании находятся загрузочный конец печи, куда подается шихта, а также бункер холодного стояка с элеватором.

Во втором здании расположены разгрузочный конец печи и пылеугольная система. Оба здания имеют длину 126 м, ширину 30 м и высоту 20 м.

Здания находятся напротив друг друга на расстоянии 90 м.

Печи находятся на открытом пространстве.

2.4 Основные планировочные решения, мероприятия по благоустройству и обслуживанию территории

Проектируемый цех окружен со всех сторон автомобильными дорогами так, чтобы можно было подъехать к любому месту. Возле дорог посажены газоны, за которыми в летний период производится систематический контроль. В зимний период регулярно производится чистка от снега как дорог, так и территории цеха. Кроме того производится уборка от мусора, пыли, грязи и т.д. Общая территория цеха имеет длину 210 м, а ширину 126 м.

2.5 Транспорт

Основной вид транспорта - грузовые автомобили, на которых транспортируется известняк и сода. Пульпа подается по трубопроводам. Использование других видов транспорта не имеет смысла.

3. Технологические решения, обеспечение энергоресурсами

3.1 Сырьевая база, характеристика сырья

Сырьевой базой АО «АК» являются Тургайское, Краснооктябрьское рудоуправления, расположенные на расстоянии 1050 км от г. Павлодара. Доставка до потребителя - железнодорожный транспорт. Положительным фактором рудников является то, что рудное тело находится на небольшой глубине, что позволяет производить добычу открытым способом. Отрицательным факторами является следующее:

1) нет сплошного массива рудного тела, оно залегает в виде разбросанных линзообразных залежей, что усложняет разведку, добычу, доставку исходного сырья;

2) наличие грунтовых вод усложняет добычу, транспортировку, отрицательно сказывается на разгрузке, переработке сырья непосредственно на заводе.

Тургайские бокситы мягкие, легко перерабатываемые, самодиспергирующие.

Краснооктябрьские бокситы (рудники Аятский, Белинский, Красногорский) более твердые. Кроме этого, в боксите Краснооктябрьского месторождения более высокое содержание органики и окиси углерода.

В целом, по металогическому составу бокситы подразделяются на каменистые, рыхлые, сухаристые и глинистые, и четко выраженных границ нет.

Состав каменистых бокситов - 6-78%; рыхлых - 2-51%; сухаристых - 2-46%; глинистых - 5-2%. Бокситы, как Тургайского, так и Краснооктябрьского месторождений относятся к типу гидраргилитовых (гиббситовых) бокситов А1 (ОН)₃. Породообразующие: - гидраргилит (А1 (ОН)₃); каолинит (А1₂О₃ 2SiO₂ 2Н₂О); окислы железа - Fe₂O₃; FеСО₃(сидерит FеS₂(пирит); СuFеS₂(халькопирит).

Средний состав Тургайского и Краснооктябрьского рудников по компонентам:

Таблица 1 - Бокситы по компонентам

Бокситы по рудникам	А12О3	SiO2	Fe2O3	СО2	бk
Тургайский рудник	44,0	14,2	15,2	0,3	3,1
Краснооктябрьский:
Аятское месторождение	44,8	9,1	19,8	1,34	4,9
Белинское месторождение	42,4	8,9	19,8	1,11	4,8

Среднее содержание глинистой фракции 36-46%; Крупность боксита, поступающего с рудника - не более 300 мм. Удельный вес боксита - 2,6-2,8 т/м³; насыпной вес - 1,2-1,6 т/м³; влага - 17-21%.

3.1.1 Известняк. На приготовление шихты для печей спекания используется известняк Керегетасского месторождения. Известняк состоит в основном из кальцита (от 95 до 98%) с примесью глины, доломита, кремнезема, окислов железа.

Химический состав и качество известняка должны соответствовать требованиям технических условий и заводской инструкции.

Физические свойства известняка:

- удельный вес от 2,5 до 2,7 т/м³;

- насыпной вес от 1,5 до 1,7 т/м³;

- влажность от 2 до 10%;

- крупность кусков не более 300мм;

- сода кальцинированная;

- используется для приготовления шихты для печей спекания;

- химический состав соды кальцинированной (в%);

- содержание углекислого натрия Na₂CO₃ - 90,6;

- содержание углекислого калия К₂СО₃ - 5,17;

- содержание сернокислого калия K₂SО₄ - 4,07.

Физические свойства соды технической:

- удельный вес - 2,5 т/м³;

- насыпной вес - от 1,3 до 1,6 т/м³;

- содержание влаги - до 1%;

- сода каустическая.

Вводится в процесс для частичного восполнения потерь щелочи в ветви Байера, не компенсируемых ветвью спекания.

Сода каустическая поступает на завод в твердом и жидком состоянии.

Топливо. Топливом для печей спекания является уголь Шубаркольского месторождения. Рудное тело месторождения - цельное с глубиной залегания пласта 20 - 30 метров, мощность пласта до 30 метров. В рудном теле две прослойки породы мощностью 0,3 - 0,5 метров каждая. Месторождение угля по глубине углефикации и метаморфизму - молодое; малая глубина залегания пласта вызвала крайне удачное свойство, не характерное для молодых углей - пласт практически не содержит метана, а значит условия взрывоопасности углей достаточно мягкие. Суммарные запасы по месторождению - несколько миллиардов тонн. Добыча угля производится открытым способом.

Для печей спекания выполняется добыча селективным способом на зольность не выше 5-7%. Валовая зольность по всему месторождению около 17%. Для месторождения с таким молодым углем соответствует высокая влага угля - около 14%, но эта влага в большей степени гигроскопическая, чем внешняя и, в силу этого, высокая влага не вызывает трудностей при переработке угля - подвижность и сыпучесть удовлетворительная, склонность к смерзанию в зимних условиях не отмечается.

Характеристики поступающего угля. Марка - длиннопламенный (Д), рядовой. Состав угля: W^р = 14%

А^с=5%; С^г = 77,5%;

О^г=15,2%; N^r=l, 5%;

Н^г = 5,4%; S^r = 0,4%;

Выход летучих V^г=44%;

Вид нелетучего остатка - слипшийся.

Состав золы:

SiO₂=60,6%; А1₂О₃ = 22,3%;

Fe ₂О₃ = 5,5%; MgO = 1,5%;

СаО=1,7%; Na₂O=l, 0%.

Характеристические температуры золы:

T₁=1100°C;

Т₂=1420°С;

Т₃ = 1440°С.

Уголь по способности к окислению и самонагреванию относится к IV группе - неустойчивые при хранении. Коэффициент размолоспособности К_ло=1,3

Восстановитель. В качестве восстановителя при приготовлении шихты применяется либо антрацит, либо мелкие отсевы кокса. По составу и химическим свойствам оба продукта достаточно схожи. Основным технологическим требованием к восстановителю является минимальное содержание летучих, что предотвращает их выделение в отходящие газы и горение в холодных зонах печи и системе газоочистки.

Состав восстановителя: W^p=5,0%; A^p=4,0%;

С^р = 84,0%; О^р = 2,0%; N^p = 1,0%;

Н^р=3,0%; S^p = 1,0%;

Выход летучих V^r=2,0-7,0%.

Мазут.

Таблица 2 - Состав мазута

Показатели	Марка мазута
	М40	М100
Вязкость условная ВУ, не более при 80°С	8,0	15,0
Зольность, % не более	0,15	0,15
Содержание механических примесей, % не более	1,0	2,0
Содержание воды, % не более	2,0	2,0
Содержание серы, % не более Малосернистых	0,5	0,5
Сернистых	2,0	2,0
Температура вспышки °С не ниже, в открытом тигле	90	110
Теплота сгорания Q H Р ккал/кг	9700	9650

3.2 Режим работы цеха и его производительность

Для металлургических предприятий цветной металлургии характерны непрерывно протекающие во времени многоступенчатые процессы производства, сочетающие механические и химические изменения предметов труда.

Технологические процессы в этой отрасли протекают с большими затратами тепловой и электрической энергии, характерны крупные агрегаты, требующие коллективного обслуживания, строгой согласованности в ходе протекания технологических процессов.

Павлодарский алюминиевый завод относится к предприятиям цветной металлургии с высокими материальными потоками и большим грузооборотом с привлечением крупногабаритных многотоннажных агрегатов и аппаратов.

Режим работы на предприятии непрерывный. Установлен двенадцатичасовой рабочий график. График выходов пяти сменный. Число рабочих бригад, обслуживающих в течении суток данное производство, две. Три бригады находятся на отдыхе.

3.3 Анализ научно-исследовательских работ

Вопросам теории и технологии переработки красных шламов как сырья для производства железа и алюминия уделено значительное внимание. Предложены многочисленные способы использования красных шламов.

Спекая во вращающихся печах красный шлам с известняком и содой, вводимой в количестве, эквивалентном безвозвратным потерям щелочи во всем производственном цикле, можно достичь 90-95% общего извлечения глинозема.

Нормальной дозировкой щелочи считалось:

Причем шихта с несколько уменьшенной против «нормальной» дозировкой соды - мало отличаясь по извлечению глинозема, явилась более выгодной с точки зрения расхода соды. Однако, указанная шихта оказалась несовершенной, так как введению в шихту соды в количестве, необходимом лишь для компенсации потерь ее байеровской ветви и ветки спекания, оказывается недостаточным для связывания всего оксида железа шлама в феррит натрия. В результате чего получается ненасыщенная шихта. В связи с этим и было предложено ввести в шихту дополнительное количество углекислого кальция для связывания оксида железа в феррит кальция и рассматривать такую ненасыщенную шихту как оптимальную для спекания высокожелезистых красных шламов.

Как показала практика, при освоении подобной технологической схемы возникли трудности - шихта оказалась легкоплавкой. Извлечение глинозема из полученных при этом спеков невысокое (80%), что является следствием образования нерастворимых натриево-кальциевых силикатов и алюмоферритов кальция. Исследуя условия спекания шихты с пониженным щелочным и известковым отношением и установили, что она более эффективна. Однако при этом полного возмещения потерь щелочи не достигается. Ряд исследований предложили расширить температурный интервал спекообразования, снизить начальную температуру спекания и повысить извлечение глинозема и щелочей введением в шихту неорганических добавок: фторидов, сульфатов.

Неудачу многочисленных опытов по обогащению красных шламов с выделением железосодержащего глиноземсодержащего концентратов можно, по-видимому, объяснить тем, что успешному проведению обогащению известными методами препятствует их чрезвычайно тонкодисперсная структура и покрытие тонких зерен минералов желез новообразования гидроалюмосиликата Na.

Из изложенного выше следует, что красный шлам, содержащий значительное количество глинозема и щелочей может быть использован для извлечения из него полезных компонентов. Причем условием эффективного использования красных шламов является переработка их не в форме самостоятельного производства, а в сочетании с процессом Байера.

В связи с ухудшением качества используемых бокситов (по кремниевому модулю) возрастает удельная нагрузка на передел спекания по шламу. К тому же работа печей спекания на высокожелезистом красном шламе вызывает сильное зарастание печей и козлообразование. Практика эксплуатации печей малых 4,5/5х100 и больших 5,0х100 показала, что малые печи в связи с небольшим диаметром в зоне спекания подвержены зарастанию. Это явление снижает производительность и кампанию печи. Кроме этого производительность завода увеличивается с 1,5 млн. до 1,8 млн. тонн глинозема, что требует дополнительное строительство оборудования. Известно, что мощность печей спекания определяется диаметром печи в зоне спекания. Поэтому актуально на существующих малых печах произвести реконструкцию с целью увеличения диаметра с 4,5 до 5,0 метров.

3.4 Выбор и обоснование технологии и основных технологических показателей

Из различных алюминиевых руд глинозем можно получать щелочными и кислотными способами вследствие наличия у него амфотерных свойств. В промышленности применяются пока только щелочные способы; чисто кислотные и кислотно-щелочные способы находятся в стадии лабораторных и полузаводских исследований.

Промышленные щелочные способы производства глинозема из бокситов, нефелинов и алунитов подразделяются на:

1) гидрохимический (способ Байера);

2) способ спекания;

3) комбинированный способ - сочетание способа Байера со способом спекания в параллельном или последовательном варианте.

Выбор способа переработки бокситов определяется следующими основными факторами:

1) кремневым модулем;

2) содержанием Fe₂O₃;

3) содержанием вредных примесей: карбонатов, сульфидов и органических веществ

4) минералогическим составом сырья.

При прочих благоприятных условиях бокситы с кремневым модулем > 6-7 целесообразно перерабатывать по способу Байера, бокситы с кремневым модулем < 6 и с умеренным содержанием окиси железа (не более 20% Fe₂O₃) - по последовательному варианту комбинированного способа Байер-спекание и, наконец, бокситы с модулем < 6, но с повышенным содержанием Fe₂O₃ - по способу спекания. Под благоприятными условиями имеется в виду малое содержание в бокситах карбонатов и сульфидов (особенно Fe₂СO₃ и FeS₂). Из-за повышенного содержания этих примесей может оказаться невыгодным способ Байера для бокситов с кремневым модулем > 6-7 вследствие больших потерь каустической щелочи (переход ее в соду и сульфат натрия), плохого отстаивания красного шлама и загрязнения алюминатных растворов двухвалентным железом.

Способ Байера - самый дешевый и самый распространенный, однако для его существования требуются высококачественные бокситы. Способ спекания - наиболее дорогой, но более универсальный и может применяться к любому высококремнестому алюминиевому сырью. В последнее время с большим успехом применяются комбинированные щелочные способы.

Параллельный вариант используют для термической каустификации соды и компенсации потерь дорогой каустической щелочи более дешевой содой: для спекательной ветви этого варианта может применяться как высоко-качественный байеровский боксит, так и спекательный.

Последовательный вариант комбинированного способа по технико-экономическим показателям занимает первое место среди вышеперечисленных и применяется для высококремнистых бокситов для максимального извлечения из них глинозема.

Поэтому в данном дипломном проекте мною выбран именно этот способ, поскольку он наиболее эффективный, но и к тому же, бокситы, поступающие на переработку на АО «АК» с Тургайского месторождения, имеют такой состав, который возможно перерабатывать с максимальным извлечением глинозема, только по этому способу.

3.5 Описание основных технологических процессов

Технологический процесс включает в себя: приготовление шихты, приготовление угольной пыли, спекание шихты, улавливание технологической пыли, охлаждение и транспортировка спёка.

Приготовление шихты. На приготовление ненасыщенной шихты для восстановительного спекания поступают следующие продукты:

Ї красный шлам;

Ї боксит;

Ї белый шлам;

Ї известняк;

Ї сода кальцинированная

Ї восстановитель.

Целью приготовления шихты является такой состав, который, учитывая потребности передела спекания обеспечивает наилучшие показатели при гидрохимической переработке спека. Такая посылка - потребность передела спекания, учитывается при приготовлении шихты, но не является главной - обусловлена сложностью баланса схемы Байер - спекание по щелочам и глинозему, что и требует всегда нахождения грани приемлемых условий для процесса спекания.

Красный шлам, поступающий на приготовление шихты, состоит из собственно красного шлама ветви Байера репульпированного раствором оборотной соды, выделенного из маточного раствора на выпарке. Надлежит указать, что в ветви Байера на стадии размола и выщелачивания боксита, красный шлам (точнее боксит) подвергается операциям вывода железистых песков. При этом в равной мере важным для спекания является как вывод Fe₂О₃, так и вывод паразитных веществ (SO₃) ^-2 и (СО₂) ^-2, отсекаемых из бокситов, а значит и из красного шлама, этой схемой. Для сравнения приводится фрагмент химического состава:

Таблица 3 - Сравнительный химический состав

	Fe2О3	SO3	СО 2
Боксит	18,0	0,65	1,93
Пески железистые	50,4	3,05	9,20

Схема вывода железистых песков - это принятое название схемы перечистки боксита которая обеспечивает в начале цикла Байера вывод в отвал баластных (Fe₂O₃) и паразитных сульфатных и карбонатных веществ. Сернистые и карбонатные соединения в процессе Байера декаустифицируют щелочь:

NaOH+CO₂=Na₂CO₃

NaOH+SO₃ = Na₂SO₄,

что не только поднимает поток оборотной соды на спекание, но и может загрязнять сульфатными веществами шихту настолько, что возникают серьезные трудности ведения процесса спекания в целом. Вывод в отвал указанных трех веществ существенно облегчает ведение процесса спекания.

Репульпация красного шлама раствором оборотной соды, вместо ранее существующей по проекту завода периодической откачки пульпы оборотной соды, выравнивает неизбежно существующие негативные для процесса спекания факторы: - в содовом растворе содержатся до 45 г/литр Na₂O каустической и до 90 г/литр SO₃.

Вещественный состав красного шлама:

Основные компоненты: Паразитные компоненты:

Na₂O * А1₂О₃ * 2 SiO₂ * 2 Н₂О; Na₂SO₄

Al₂O₃*2Si0₂*2H₂O; NaCl.

NaOH;

Na₂CO₃; Fe₂O₃*3H₂O; SiO₂.

Необходимо подчеркнуть, что основным веществом твердой фазы красного шлама является алюмосиликат натрия

Na₂O * Al ₂О₃ * 2 SiO₂ * 2 Н₂О

образующийся в ветви Байера и являющимся синтетическим нефелином.

Другие вещества - не вскрытые при выщелачивании формы глинозема А1₂О₃ * *3Н₂О и окиси кремния SiO₂. Оксид железа в ветви Байера со щелочными растворами не взаимодействует и не перерождается.

Особенностью красного шлама, как исходного компонента для приготовления шихты, является очень тонкий дисперсный состав, что крайне благоприятно для размольного способа приготовления шихты - столь тонкий компонент создает хорошие предпосылки для получения однородной шихты и проведения химических реакций при спекании.

Дисперсность красного шлама и шихты. Красный шлам состоит из твердой и жидкой части. Основная масса веществ красного шлама представляет собой твердую фазу выпавших в осадок в ветви Байера и нерастворимых в щелочных растворах компонентов боксита и алюмосиликата натрия.

Жидкая фаза красного шлама содержит растворенные вещества:

- алюминат натрия Na₂О * Al₂O_3;

- каустическую щелочь NaOH;

- карбонатную щелочь Na₂О * СО₂;

- сульфатную соль Na₂О * SO_3;

- поваренную соль NaCl.

Уровень концентрации общей щелочи в жидкой фазе красного шлама около 60 г /литр.

Технологические требования к красному шламу. Влага красного шлама детерминировано определяет влагу шихты. Последние технические решения в ветви Байера позволили устойчиво иметь влагу красного шлама в диапазоне 51,5-52,5%, что обеспечивает среднюю влагу шихты около 36% и является оптимальным.

Содержание каустической щелочи в жидкой фазе красного шлама в совокупности с каустической щелочью белого шлама и оборотной содой имеет глубокое влияние на поведение шихты при спекании и качество спека. Величины допустимых значений содержания каустической щелочи в шихте будут даны ниже.

Исходное основное свойство красного шлама для схемы Байер - спекание связано с его щелочным модулем. Щелочной модуль красного шлама: Na₂О=20,8%; А1₂О₃ = 21,97%

б_щ= 1,645 *(Na₂O/Al₂O₃)

б_щ = 1,645 * (20,8 / 21,97) = 1,56

В то же время известно, что печи спекания удовлетворительно работают в диапазоне щелочного модуля спека б_щ=1,32-1,38.

При щелочном модуле выше 1,42-1,45 ведение процесса спекания затруднено. В этом и заключается трудность сведения баланса всей схемы - щелочной модуль красного шлама исходно выше допустимого для печей спекания, а кроме этого, ветвь спекания должна взять свежую соду для компенсации потерь щелочей всей схемой Байер - спекание. Эта нестыковка обуславливает ввод в схему приготовления шихты боксита.

Боксит. Боксит вводится в шихту для реализации щелочного баланса. Ввод боксита - вернее его действующего вещества Al₂O₃ - позволяет не только снизить щелочной модуль приготовленной шихты до приемлемого для процесса спекания уровня, но и значительно улучшить условия спекания шихты. Переработке в ветви спекания пригодны практически все виды и марки боксита, имеющиеся на заводе.

Белый шлам. Белый шлам передела гидрохимической переработки спека образуется по двум путям:

1) Вынос твердого с алюминатным раствором из трубчатых выщелачивателей при гидрохимической переработке спека. В вынос уходит мелкая часть спека - как правило, уровень выноса определяется качеством спека; недопек выносится практически целиком. Вынос образует серый шлам.

2) При выщелачивании спека в алюминатный раствор переходит часть окиси кремния - SiO₂. Уровень растворенной окиси кремния определяется в основном качеством спека - чем ниже качество спека, тем выше доля растворенной окиси кремния. Алюминатный раствор очищают от окиси кремния автоклавным обескремниванием с выделением в кристаллическом виде той же формы алюмосиликата натрия, что и в ветви Байера

Na₂O * Al₂О₃ * 2SiО₂ * 2Н₂О.

Образующаяся при автоклавном обескремнивании твердая фаза - ядро серого шлама, на который выкристаллизовывается алюмосиликат натрия и является белым шламом. Белый шлам порождает для ветви спекания две проблемы:

- паразитный циркуляционный поток - оборот белого шлама может дойти до 20% от потока красного шлама;

- белый шлам, сгущенный в сгустителях с концентрацией твердого около 600 г/литр, когда жидкая фаза пульпы белого шлама - алюминатный раствор - откачивается на приготовление шихты.

Проблема в том, что каустический модуль жидкой фазы около 1,6, т.е. белый шлам запирает потенциальную возможность введения свежей соды. Таким образом, поток белого шлама порождается в значительной мере низким качеством спека. Реализована схема вывода серого шлама - слив трубчатых выщелачивателей немедленно подвергается фильтрации на дисковом фильтре - кек после промывки сбрасывается на шламовое поле. Трудность схемы в том, что серый шлам - это не шлам выщелачивания, а вынос части спека, этот вынос не выщелочился до конца, очень активен и практически непрерывно перерождается. Неустойчивость серого шлама вызывает захват Na₂О и Al₂О₃ из алюминатного раствора в серый шлам, в силу чего он содержит повышенное, против отвального шлама, содержание полезных компонентов. Даже учитывая этот факт, схема вывода серого шлама запущена в работу для того, чтобы снять циркуляционную нагрузку с печей спекания и, главное изъять каустическую щелочь жидкой фазы белого шлама из шихты. В результате запуска схемы вывода серого шлама циркуляция белого шлама внутри ветви спекания снизилась в 3-5 раз.

Белый шлам закачивается в бассейны схемы усреднения шлама. Смесь красного шлама и белого шлама образует усредненный красный шлам.

Известняк. Известняк - действующее вещество СаСО₃. Известняк Керегетасского месторождения высокого качества, как по химическому составу, так и по размолоспособности, является основным компонентом шихты. Техническое условие - содержание SiO ₂ не выше 1,0%.

Сода кальцинированная. Действующее вещество - Na₂CO₃. Служит для восполнения потерь каустической щелочи всей схемой. Техническое условие - содержание SO ₃ не выше 1,0%.

Восстановитель. В качестве восстановителя применяется либо антрацит, либо отсев кокса. Технические условия - минимальное содержание летучих в горючей массе. В этом отношении предпочтительнее кокс. На приготовление шихты поступают следующие компоненты:

1) Известково-бокситовая смесь. В ЦПС при разгрузке известняка на вагоноопрокидывателе выставляется всегда 15 вагонов. Для обеспечения усреднения боксита в процессе приготовления шихты, для исключения толчков по глинозему и в зависимости от щелочного баланса в 15 вагонов устанавливают потребное количество вагонов боксита: например 14:1, 13:2, 12:3и т.д. При перегрузках известково-бокситовая смесь выравнивается по составу. Может происходить и послойная закладка известняка и боксита на склады усреднения в требуемом соотношении.

2) Пульпа соды кальцинированной в красном шламе с концентрацией соды около 25%. Пульпа образуется при репульпации соды в ЦПС проточным потоком красного шлама и закачивается в схему усреднения содово-шламовой пульпы в отдельные бассейны.

3) Красный шлам. Красный шлам, поступающий из ГМЦ, усредняется в отдельных бассейнах усреднения красного шлама.

4) Восстановитель.

Приготовление шихты осуществляется в сырьевых мельницах ОПШ путем размола известково-бокситовой смеси совместно со шламом и содо - шламовой пульпой. В одну из мельниц дополнительно на размол подается восстановитель. Полученная шихта закачивается в бассейны схемы усреднения шихты. Дозировка компонентов шихты производится с целью обеспечения реакций

2СаО + SiO₂ = 2СаО * SiO₂

Эта реакция обеспечивается приготовлением шихты по известковому модулю. Известковый модуль - это молярное отношение окиси кальция к окиси кремния в шихте, спеке.

Принятое в металлургии весовое процентное содержание компонентов позволяет вести расчет модулей прямо

Количество молей СаО=;

Количество молей SiO₂=,

где 56 - молярная масса СаО;

60 - молярная масса SiO.

Исходя из молярного состава двухкальциевого силиката 2СаО * SiO₂, известковый модуль в спеке должен быть равен 2,0, однако, ранее указывалось, что при спекании происходит расшихтовка за счет окиси кремния золы угля приблизительно на 0,02 на каждый процент зольности. Поэтому шихта приготавливается, например на зольность 6%, с известковым модулем м = 2,0+ 6 (2/100) = 2,12.

Точность дозировки известняка при приготовлении шихты должна быть очень высокой - как недостаток, так и избыток СаО в конечном итоге снижает химические выхода при гидрохимической переработке спека

Na₂O*CO₂ + Al₂O₃ = Na₂O*Al₂O₃ +СО₂;

Na₂O*CO₂ + Fe₂O₃ =Na₂O*Fe₂O₃ + СО₂.

Эти реакции обеспечиваются приготовлением шихты по щелочному модулю. Щелочной модуль б - это молярное отношение окиси натрия к окиси алюминия в шихте, спеке.

Молярная масса Na₂O - 62

Молярная масса Al₂O₃ - 102

Щелочной модуль

Дозировка соды в шихту может производится из расчета получения:

- стехиометрически насыщенной шихты, когда дозировка щелочи ведется на связывание Al₂O₃ в алюминат натрия, и всей окиси железа в феррит натрия;

- стехиометрически ненасыщенной шихты, когда дозировка щелочи ведется на связывание Al₂O₃ в алюминат натрия, и только части железа в феррит натрия.

При выщелачивании спеков алюминат натрия растворяется в горячей воде, а феррит натрия подвергается гидролизу, т.е. разложению под действием воды

Na₂O * Fe₂O₃ + H₂O = 2 NaOH + Fe₂O₃

и является способом каустификации соды.

Na₂O * Fe₂O₃ + Н₂О = 2 NaOH + Fe₂O₃.

Если применить при спекании красного шлама стехиометрически насыщенную шихту, то при столь высоком содержании исходном сырье (а значит спеке) окиси железа, спек, будет обладать очень высокой каустифицирующей способностью; для насыщенной шихты показатели извлечения глинозема из спека наивысшие. Однако практика работы переделов спекания показала, во-первых непреодолимые трудности ведения процесса спекания высокомодульной шихты, во вторых, потери щелочи на каждую единицу выщелоченного в раствор алюминия выше, по сравнению с ненасыщенной шихтой. Поэтому применяема шихта всегда принимается исходя из конкретных условий спекания:

- при переработке нефелина

(Na ₂О * Al ₂О ₃ * 2S1O ₂ * 2Н ₂О),

- когда щелочные вещества содержатся в руде, шихта готовится на максимальное извлечение глинозема, а образующаяся в конце процесса сода является побочным продуктом;

- при переработке шлама, когда сода покупается как технологический материал шихта готовится на состав, дающий минимальные потери щелочи, - такой шихтой является ненасыщенная шихта.

Другой причиной к применению ненасыщенной шихты является тот факт, что от уровня содержания феррита натрия зависит температура плавления спека - чем выше содержание феррита натрия (N/F) тем ниже и уже температурная площадка спекообразования. Практика показала, что оптимум по щелочному модулю в спеке при переработке красного шлама, исходя из поведения шихты при спекании и показателей гидрохимической переработки спека, находится в районе б = 1,35.

Схематично распределение щелочи в спеке раскладываются в следующей ранжировке по их химической стойкости и прочности соединений: 1) Na₂O*SO₃; 2) Na₂О*Cl; 3) Na₂O*Al₂O₃; 4) Na₂O*Fe₂O₃;

5) прочие паразитные соединения.

В практике спекания в такой последовательности и ведется расчет фазового состава: определяется общая щелочь в спеке и по содержанию

(SO₃)^-2, Cl^-l рассчитывается содержание Na₂S ₄, NaCl, затем по содержанию Al₂O₃ определяется расход щелочи на алюминат натрия; остаток щелочи относится на феррит натрия и рассчитывается содержание NF в спеке. Щелочной модуль спека б - 1,35 приблизительно соответствует, в зависимости от содержания SO₃, С1, содержанию ферритов натрия в спеке 6 - 8%. Спекание при содержании NF в спеке больше 10-12% уже затруднено.

Поэтому важно учитывать тонкость влияния химического состава спека на показатели его переработки при ведении процесса спекания - расшихтовка золой из-за резких колебаний подачи угля, частичная замена угля мазутом, плав и, следовательно, повышенный возгон щелочей и их улет в дымовую трубу - все это выталкивает химический состав из оптимума. Именно требования точности шихтовки обуславливает четырехкратный в течении суток анализ угольной пыли на зольность и её компоненты SiO₂, А1₂О₃ для управления приготовлением шихты. Метод восстановительного спекания - основан на следующем:

1) Трехвалентная окись железа Fe₂O₃ обладает кислыми свойствами и взаимодействует со щелочью, образуя феррит натрия Nа₂О * Fe ₂O₃;

2) Двухвалентная окись железа FeО обладает основными свойствами и не взаимодействует со щелочами, т.е. не образует ни ферритов натрия, ни ферритов кальция.

3) Чистое железо нейтрально по отношению к щелочам.

Исходя из этого, в шихту вводится восстановитель - углерод, который в форме окиси углерода СО в диапазоне температур 400 - 800 °С восстанавливает окись железа до закиси,

Fe₂O₃ + СО = 2 FeO + СО₂

а выше 800єС, до чистого металлического железа. Таким образом, восстановленные формы окиси железа при спекании становятся нейтральными по отношению к щелочам, что обуславливает нормальное протекание реакции

Al₂O₃ + Na₂O = А1₂О₃ * Na₂O.

На выходе спека из зоны пылеугольного факела восстановленные формы окиси железа окисляются до трехвалентной окиси. Восстановление идет угарным газом - СО, а доля угарного газа, до которого окисляется углерод восстановителя

С+О₂=СО,

зависит от текущей концентрации кислорода в газах горения угля. Наилучшие результаты восстановительного спекания будут при фиксированном содержании О₂ в отходящих газах. Вполне очевидно, что при грубых регулировках топлива (а значит и О₂ в отходящих газах) значительно изменяется и степень восстановления железа и размер зоны восстановления и её местоположение в печи, а это делает качество спека с точки зрения правильности прохождения химических реакций неустойчивым. При этом надо указать и на то обстоятельство, что нельзя шихтовать на полное восстановление железа - часть трехвалентного железа должна быть связана со щелочью в феррит натрия.

Восстановитель - антрацит или кокс дозируется на заданное процентное содержание углерода в шихте, учитывая содержание углерода в красном шламе. Красный шлам поступает на переработку с небольшим содержанием органических веществ, содержащих углерод.

Появление заметной доли нерастворимых форм соединений серы, остающихся в шламе и откачиваемых на шламовое поле, не только способ очистки схемы завода от сернистых соединений, но и является позитивным экологическим фактором - заметная доля твердых выбросов в дымовую трубу - сернистые соединения. Оптимальным в настоящее время считается концентрация углерода в шихте около 2,3%.

Таким образом, шихта, получаемая методом совместного размола боксито-известковой смеси в красном шламе должна иметь следующий химический состав:

- модуль известковый около м=2,1;

- модуль щелочной около б = 1,35;

- содержание углерода С = 2,3%.

Состав спека должен точно соответствовать следующему составу в диапазонах: б = 1,32 - 1,36; м = 1,95 - 2,05.

Аппаратурно-технологическая схема процесса пылеприготовления. Отделение пылеприготовления предназначено для хранения оперативного запаса сырого угля, его размола совмещаемого сушкой угольной пыли, хранения текущего запаса угольной пыли и её точной дозировки в печь спекания.

Сырой дробленный уголь из цеха подготовки сырья ЦПС подается ленточными конвейерами в бункера сырого угля геометрической емкостью 205 м³ каждый. На пылеугольных системах печей установлено по 4 бункера,

Из бункеров, сырой уголь дозируется лотковыми питателями и через течки поступает в загрузочные горловины шаровых барабанных мельниц ШБМ. Сюда же из топок, расположенных на отм. 0,0 мельничным вентилятором ВМ - 75 засасываете сушильный агент - горячие топочные газы, а через присадку холодного воздуха на отм. ± 10,8 м. - воздух.

Измельчение сырого угля и приготовление угольной пыли происходит за счет того, что, при вращении барабана ШБМ смесь сырого угля и мелющих тел, прижимается центробежной силой к волнообразной поверхности броней, поднимается на высоту, обусловленную скоростью вращения барабана, до точки отрыва и падает вниз. Таким образом, вся масса сырого угля мелющих тел находится в постоянном хаотическом движении, взаимодействуя между собой. Размол основан на сочетании ударного и истирающего действия и эвакуации угольной пыли из полости мельницы просасываемым через барабан мельницы воздухом.

Из мельницы аэросмесь (горячий воздух, топочные газы и угольная пыль) по пылепроводу попадает в сепаратор угольной пыли. При входе аэросмеси в наружный конус сепаратора из пылепровода, за счет резкого увеличения площади проходного сечения аэросмесь теряет скорость, в результате чего крупная фракция угольной пыли выпадает из газопылевого потока и по течке с мигалками возвращается в ШБМ на дальнейшее измельчение. Из наружного конуса аэросмесь проходит между направляющими лопатками, приобретая вращение, во внутренний конус. Вращаясь по спирали, частицы угольной пыли центробежной силой прижимаются к стенкам внутреннего конуса, за счет трения теряют скорость, и средняя фракция по течке с мигалками возвращается на домол в ШБМ. Таким образом, ШБМ с сепаратором работают в замкнутом цикле.

Из сепаратора по пылепроводу аэросмесь, поступает в пылеугольный циклон. Внутри циклона газопылевому потоку вновь придается вращательное движение за счет того, что пылепровод врезан в корпус циклона по касательной.

Угольная пыль центробежной силой прижимается к стенкам корпуса, за счет действия сил трения теряет скорость, кондиционная по размерам пыль по течке с мигалками ссыпается в бункер угольной пыли.

Далее, аэросмесь, содержащая в себе остатки угольной пыли, в количестве порядка 40 г/м³, по газоходу, через всасывающий патрубок, поступает в мельничный вентилятор и нагнетается, через трубопровод рециркуляции, в загрузочный стояк ШБМ, а по трубопроводам третичного и первичного воздуха в печь спекания. Также в трубопровод третичного воздуха поступает пыль узла газоочистки и пылевозврата.

Кондиционная угольная пыль, дозированная лопастными питателями, попадает в эжектор - смеситель трубопровода первичного воздуха и через пылеугольную горелку вдувается в печь спекания. Трубопровод рециркуляции служит для регулирования объема и скорости аэросмеси в пылеугольной системе.

Улавливание технологической пыли. Устройства для улавливания пыли из отходящих печных газов и возврата ее в печь состоят из: переходной камеры, трех групп по шесть циклонов ЦН_24 диаметром 1600 мм и горизонтального электрофильтра УГЗ_3 (4) - 177, снабженного двойным пылевыми затворами; шнеков, паневмовинтовых насосов; тихоходного элеватора высотой 31м; мельничного вентилятора BМ 40/750, питателей и затворов. В конце печной установки расположены два дымососа Д21 5х2у, нагнетающие отходящие к печи газы в дымовую трубу. Пылевые выбросы из себя представляют по химическому составу вырожденную шихту для которой характерно уменьшение содержания основных химических элементов шихты и значительное обогащение твердых веществ поваренной (NaCl) и горькой (КС1) солями. Предельно допустимый выброс твердых веществ по воздействию на окружающую среду - 0,8 г / м³.

Охлаждение и транспортировка спёка. В результате физико-химических превращений и частичного оплавления шихты в зоне спекания, в печи получаете спек - окускованный пористый материал. Выходящий из печи спек, через течку попадает в холодильник, где происходит его дальнейшее охлаждение за счет наружного орошения оборотной водой барабана холодильника, а также пересыпания спека полками и прососа воздуха через холодильник запечными дымососами. Для исключения выхода из холодильника неохлажденного спека, в разгрузочном конце спек может непосредственно орошаться водой в небольшом количестве подаваемой через специальную форсунку. В холодном конце холодильника смонтирована разгрузочная царга, имеющая четыре ряда отверстий диаметром 110 мм через которые просыпается спек. Разгрузочная царга входит в разгрузочную (холодную) головку холодильника, которая переходит в течку холодильник - конвейер. Разгрузочные течки смонтированы под каждым холодильником.

Спек, через разгрузочные течки, поступает на транспортерную ленту рабочего ленточного конвейера транспортируется в буферную емкость над конвейерами отделения дробления.

Основы химии процесса спекания. Идея процесса спекания в глиноземном производстве заключается в способности окиси кальция СаО образовывать двухкальциевый силикат, расщепляя практически все химические соединения, содержащие окись кремния SiO ₂.

2 СаО + Na₂O * SiO₂ = 2CaO * SiO₂ + Na₂O;

4 СаО + А1₂О₃ * 2 SiO₂ = 2 (2 СаО * SiO₂) + А1₂О₃;

4 СаО + Na₂O * А1₂О₃ * 2 SiO₂ = 2 (2 СаО * SiO₂) + Na₂O * А1₂О₃.

Разложение силикатных солей окиси натрия или окиси алюминия, являющимися осадками в процессе Байера, приводит к освобождению либо глинозема А1₂О₃, который взаимодействуя с каустиком образует алюминат натрия, либо прямо освобождает алюминат натрия, который растворяется при выщелачивании спека. Сам же двухкальциевый силикат практически нерастворим. Второй важной реакцией спекания является реакция каустификации соды

Fe₂O₃ + Na₂CO₃ = Na₂O * Fe₂O₃ + CO₂

Каустификация соды позволяет восполнять потери каустика содой.

Перед рассмотрением реакций надлежит разобрать понятие стандартное выщелачивание спека. Стандартное выщелачивание - лабораторный метод выщелачивания спека в стандартных условиях (помол спека, температура, концентрации растворов, время выщелачивания) выбранных с таким расчетом, чтобы метод выщелачивания обеспечивал максимальное выщелачивание компонентов (практически полностью) и не вызывал вторичных потерь компонентов из раствора в шлам.

После операции стандартного выщелачивания производится анализ шлама стандартного выщелачивания. Содержание полезных компонентов Na₂O и Al₂O₃ в шламе стандартного выщелачивания есть величина безвозвратных потерь и показывает качество приготовленной шихты и качество проведенного спекания. При идеальном спекании точно приготовленной шихты - в шламе стандартного выщелачивания полезных компонентов Na₂O и Al₂O₃ быть не должно. Качество гидрохимической переработки спека, определяется, в свою очередь, отклонением состава отвального шлама от шлама стандартного выщелачивания

...