Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Металлургия глинозема : сборник задач

Покупка
Артикул: 753697.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Сборник включает уравнения, расчетные формулы и задачи, предлагаемые на практических занятиях и экзамене по курсу «Металлургия глинозема». Справочный материал, технологические и аппаратурно-технологические схемы предназначены для лучшего понимания и усвоения студентами лекционного материала и подготовки к контрольным мероприятиям. Предназначен для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению «Металлургия».
Киров, С. С. Металлургия глинозема : сборник задач : учебное пособие / С. С. Киров, Р. Т. Хайруллина. - Москва : Изд. Дом МИСиС, 2012. - 46 с. - ISBN 978-5-87623-652-4. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1242493 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

 

Кафедра цветных металлов и золота

C.C. Киров 
Р.Т. Хайруллина 
 

Металлургия глинозема

 

Сборник задач 

Допущено учебно-методическим объединением  
по образованию в области металлургии в качестве  
учебного пособия для студентов высших учебных заведений,  
обучающихся по направлению Металлургия 

Москва  2012 

№ 2178 

УДК 669 
 
К43 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, О.А. Брагазина 

Киров, С.С. 
К43  
Металлургия глинозема : Сб. задач / С.С. Киров, Р.Т. Хайруллина. – М. : Изд. Дом МИСиС, 2012. – 46 с. 
ISBN 978-5-87623-652-4 

Сборник включает уравнения, расчетные формулы и задачи, предлагаемые на практических занятиях и экзамене по курсу «Металлургия глинозема». Справочный материал, технологические и аппаратурно-технологические 
схемы предназначены для лучшего понимания и усвоения студентами лекционного материала и подготовки к контрольным мероприятиям. 
Предназначен для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению 
«Металлургия». 
УДК 669 

ISBN 978-5-87623-652-4 
© С.С. Киров, 
Р.Т. Хайруллина, 2012 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие..............................................................................................4 
1. Расчетные формулы и уравнения........................................................5 
2. Задачи ....................................................................................................7 
3. Справочный материал........................................................................14 
4. Аппаратурное оформление производства глинозема......................27 
5. Аппаратурно-технологические схемы переделов  
глиноземного производства...................................................................41 
Библиографический список...................................................................45 
 

Предисловие 

Сборник предназначен бакалаврам, обучающимся по направлению «Металлургия»,  для проведения практических занятий и подготовки к контрольным мероприятиям по курсу «Металлургия глинозема». Предлагаемые задачи позволят приобрести навыки расчетов 
материальных балансов и технологического оборудования, применяемых при производстве глинозема. Справочный материал, содержащий формулы и уравнения, диаграммы состояния систем, технологические и аппаратурно-технологические схемы, применяемые для 
переработке алюминийсодержащего сырья, помогут успешному усвоению лекционного материала. 
Сборник включает следующие разделы: расчетные формулы и 
уравнения, задачи, справочный материал, аппаратурное оформление 
производства глинозема, аппаратурно-технологические схемы переделов глиноземного производства. 

1. РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И УРАВНЕНИЯ 

Уравнение скорости растворения твердого тела: 

 
d
d
δ
нас
нас
τ
C
DS
=
(C
С)= KS(C
С)
−
−
, 

где  D – коэффициент диффузии, м2/c; 
S – поверхность раздела фаз, м2; 
δ – толщина диффузионного слоя, м; 
Снас – концентрация насыщенного алюминатного раствора, кг/м3; 
С – концентрация растворенного вещества в текущий период 
времени, кг/м3; 
K – коэффициент растворения, м/c. 

Коэффициент диффузии: 

 

A
π μ
1
3
RT
D= N
d
, 

где  R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль·К); 
Т – температура, К; 
NА – число Авогадро, равное 6,02·1023; 
d – диаметр частицы, м; 
μ – вязкость среды, кг·с/м2. 

Количество оборотного раствора: 

 
o

o
a

α
α
α
N
Q= n(
)
−
, 

где  N – щелочное число, кг/т боксита; 
n – содержание Na2O в оборотном растворе, кг/м3; 
αа и αо – каустические модули алюминатного и оборотного растворов соответственно. 

Щелочное число: 

 
 N = 0,608αа(а–s) + 0,608s, 

где  0,608 – отношение молекулярных масс Na2O и Al2O3; 
αа – каустический модуль алюминатного раствора; 
а – содержание Al2O3 на 1 т боксита, кг/т; 
s – содержание SiO2 на 1 т боксита, кг/т. 

Теоретическое извлечение оксида алюминия из боксита в алюминатный раствор (при условии формирования вторичных потерь 
за счет гидроалюмосиликата натрия Na2O·Al2O3·2SiO2·2H2O). 

 

2
3
Al O
0,85
η
100,
a
s
=
a
−
⋅
 

где  0,85 – отношение молекулярных масс Al2O3 и SiO2 c учетом стехиометрии; 
а – содержание Al2O3 в боксите, %; 
s – содержание SiO2 в боксите, %. 

Эффективность оборота: 

 
о
а
о
о
а
а
о

α
α
1
1
Э
1,645
1,645
α α
α
α
= n
= n⎛
⎞
−
⋅
−
⋅
⎜
⎟
⎝
⎠
, 

где  n – содержание Na2Oк в оборотном растворе, г/дм3; 
αо и αа – каустические модули оборотного и алюминатного растворов соответственно; 
1,645 – отношение молекулярных масс Al2O3 и Na2O. 

Формула Стокса:  

 
(
)

2
ч
ср
ср

1
1
ρ
ρ
18
μ
w=
d
−
, 

где  d – диаметр частицы красного шлама, м; 
ρч и ρср – плотность частицы красного шлама и среды – алюминатного раствора соответственно, кг/м3; 
μср – вязкость алюминатного раствора, кг·с/м2. 

Выход Al2O3 при декомпозиции: 

 
м
а
а

м
м

α
α
α
η
100
1
100,
α
α
=
= ⎛
⎞
−
⋅
−
⋅
⎜
⎟
⎝
⎠
 

где αм и αа – каустические модули маточного и алюминатного растворов соответственно. 

2. ЗАДАЧИ 

Задача 1 
Во сколько раз возрастет скорость выщелачивания боксита при увеличении температуры с 110 до 160 оС. Соответствующие значения вязкости 
1,2 и 0,7 сП, толщины диффузионного слоя 8 и 6 мкм; Снас = 120 г/дм3 для 
обоих случаев. Площадь поверхности и диаметр частиц боксита одинаковы для обеих температур; С = 50 г/дм3, Т = (273 + t) К. 
Ответ: скорость выщелачивания возрастет в 2,6 раза. 

Задача 2 
Исходя из формулы количества оборотного раствора определить 
содержание SiO2 (кг/т боксита), если известно, что Q = 5,0 м3, содержание Al2O3 550 кг/т боксита, αа = 1,8, αо = 3,7, 

2
Na O
C
= 230 г/дм3. 

Ответ: содержание SiO2 в боксите составит 23,3 кг/т боксита. 

Задача 3 
Определить значение αа раствора (с точностью до 0,01) для цикла 
Байера, если 

2
Na O
C
= 250 г/дм3, αо = 3,6, Эо = 100 г (по Al2O3). 

Ответ: каустический модуль алюминатного раствора равен 1,92. 

Задача 4 
Рассчитать объем воды, который необходимо удалить при выпарке маточного раствора для увеличения концентрации каустической 
щелочи с 180 до 300 г/дм3. Плотность маточного и оборотного растворов 1250 и 1380 кг/м3 соответственно. 
Ответ: объем упаренной воды равен 400 дм3. 

Задача 5 
Рассчитать массу глинозема, полученного из 1 т гиббсита влажностью 30 %. Потери глинозема на пылевынос 0,5 %. 
Ответ: масса глинозема составит 455,4 кг. 

Задача 6 
Определить время, которое требуется частице красного шлама 
диаметром 1 мм для свободного осаждения на глубину 1 м. Разность 
плотностей среды и частицы 1,6 кг/м3, вязкость среды 1,5 кг·с/м2. Ответ дать в сутках. 
Ответ: время осаждения частицы составит 195,4 сут. 

Задача 7 
Во сколько раз повысится скорость сгущения красного шлама при 
подъеме температуры в сгустителе, в котором уменьшается вязкость 
с 1,6 до 1,3 сП и одновременно увеличивается разность плотностей с 
1,5 до 1,7 г/дм3. 
Ответ: скорость осаждения увеличится в 1,4 раза. 

Задача 8 
Определить выход Al2O3 (с точностью до 0,01) при разложении 
алюминатного раствора при условии, что каустический модуль увеличился с 1,9 до 3,4. 
Ответ: выход Al2O3 составит 44,12 %. 

Задача 9 
Определить содержание SiO2 в боксите (% масс.). Состав боксита, % масс.: 48,7 Al2O3; 18,4 Fe2O3; 19,4 п.п.п. Масса красного шлама 
на 1 т Al2O3 составляет 1,635 т при влажности 60 % (от массы сухого). 
Ответ: содержание SiO2 в боксите 7,9 %. 

Задача 10 
Рассчитать потери каустической щелочи (на 1 т Al2O3) при производстве Al2O3 по способу Байера при условии, что потери Na2O 
имеют место только с гидроалюмосиликатом натрия. Состав боксита, % масс.: 48,6 Al2O3; 4,2 SiO2; 18,6 Fe2O3; 28,6 п.п.п. 
Ответ: потери Na2O составят 56,6 кг на 1 т Al2O3. 

Задача 11 
Рассчитать массу красного шлама влажностью 70 % (от массы сухого) на 1 т Al2O3. Состав боксита, % (мас.): 60 Al2O3; 4 SiO2; 26 Fe2O3; 
10 п.п.п. Расход извести составил 5 % от массы боксита. В формуле 
гидрограната при SiO2 используется коэффициент 0,5. 
Ответ: масса красного шлама составила 1436,79 кг на 1 т Al2O3. 

Задача 12 
Рассчитать расход боксита на производство 1 т Al2O3 при условии, 
что потери Al2O3 будут только с гидроалюмосиликатом натрия. Состав боксита, % масс.: 60 Al2O3; 4 SiO2; 26 Fe2O3;10 п.п.п. 
Ответ: расход боксита составит 1766,8 кг на 1 т Al2O3. 

Задача 13 
Рассчитать массу красного шлама влажностью 70 % (от массы сухого) на 1 т Al2O3. Состав боксита, % масс.:60 Al2O3; 4 SiO2; 26 Fe2O3; 
1 TiO2; 9 п.п.п. Расход извести 5 % от массы боксита. В формуле кальциевого гидрограната (КГГ) при SiO2 используется коэффициент 0,5. 

Пример решения 
1. Исходные расчеты. 
Задаемся массой боксита: mбокс = 100 кг. 

Тогда количество СаО равно: 
CaO
100 5
5
100
m
=
=
⋅
 кг. 

2. Расчет фаз красного шлама на 100 кг боксита. 

Метатитанат кальция: 
2

1

56
80

TiO
CaO
x
⋅
 

 
х = 0,7 кг; 

 
КГГ
СаO
5
0,7
4,3
m
=
=
−
 кг. 

Кальциевый гидрогранат: 

4,3

2
3
2
2
168
30
90
102

3CaO Al O 0,5SiO
(6
2 0,5)H O

a
b
⋅
⋅
⋅
−
⋅
 

(молекулярная масса КГГ 390); 

 
a = 2,61 кг; b = 0,77 кг; 

 
3,23
0,77
4
ГАСН

2
SiO
=
=
m
−
 кг. 

Гидроалюмосиликат натрия (ГАСН): 

3,23

2
2
3
2
36
62
120
102

Na O Al O 2SiO
2H2O

c
⋅
⋅
⋅
 

(молекулярная масса ГАСН 320); 

 
с = 2,75 кг. 

3. Суммарные потери Al2O3: 

 
Al O
2 3
2,75
2,61
5,36
m
=
+
=
 кг. 

4. Извлечение Al2O3: 

 
Al O
2 3
60
5,36
η
100
91 07
60
=
=
,
−
⋅
 %. 

5. Масса Al2O3 в боксите, необходимая для получения 1 т глинозема: 

 
бокс
Al O
2 3
1000 100
1098 06
91 07
m
=
=
,
,
⋅
 кг. 

6. Масса боксита, необходимая для получения 1 т глинозема: 

бокс
1098 06 100
1830,1
60
,
m
=
=
⋅
 кг. 

7. Расчет фаз красного шлама на 1 т боксита. 
Исходя из условий задачи в красном шламе будет содержаться: 
Fe2O3, метатитанат кальция, кальциевый гидрогранат и гидроалюмосиликат натрия. 

 
к.ш
CaO
1830,1 5
91,5
100
m
=
=
⋅
 кг. 

Гематит: 

 
к.ш
бокс
Fe O
Fe O
2 3
2 3
1830,1 26
475 83
100
m
= m
=
=
,
⋅
 кг. 

Метатитанат кальция: 

 
к.ш
бокс
TiO
TiO
2
2
1830,1 1
18,3
100
m
= m
=
=
⋅
 кг; 

 

18,3

2
56
80

CaO TiO

x
⋅
, отсюда x = 12,81 кг; 

 
СаO TiO2
12 81 18,3
3111
m
=
,
+
=
,
⋅
 кг. 

Кальциевый гидрогранат:  

 
КГГ
СаO
91,5 12 81
78 69
m
=
,
=
,
−
 кг. 

78,69

2
3
2
2
168
30
90
102

3CaO Al O 0,5SiO
(6
2 0,5)H O

b
⋅
⋅
⋅
−
⋅
 (молекулярная масса КГГ 390); 

 
b = 14,05 кг; 

 
КГГ
14 05 390
182 67
30
,
m
=
=
,
⋅
 кг. 

Гидроалюмосиликат натрия: 

 
бокс
SiO2
1830,1 4
73,2
100
m
=
=
⋅
 кг; 

 
ГАСН
SiO2
73,2
14 05
59 15
m
=
,
=
,
−
 кг; 

59,15

2
2
3
2
36
62
120
102

Na O Al O 2SiO
2H2O
⋅
⋅
⋅
 (молекулярная масса ГАСН 320); 

 
ГАСН
59 15 320
152 59
120
,
m
=
=
,
⋅
 кг. 

8. Масса красного шлама на 1 т боксита: 

 
сух
к.ш
475 83
3111 182 67
152 59
842,2
m
=
,
+
,
+
,
+
,
=
 кг. 

С учетом 70 % влаги получаем 

 
вл
к.ш
842,2(100
70)
1431 74
100
+
m
=
=
,
 кг. 

Ответ: масса красного шлама составит 1431,74 кг на 1 т Al2O3. 

Задача 14 
Определить содержание Fe2O3 в боксите, если известно, что при 
получении 1 т глинозема образуется 1,4 т красного шлама с влажностью 60 %. Состав боксита, % масс.: 60 Al2O3; 4 SiO2; 20 п.п.п. 
Ответ: содержание Fe2O3 в боксите равно 38,86 %. 

Задача 15 
Рассчитать состав бокситового спека от спекания насыщенной 
шихты с СаСО3 (100 %) и Na2CO3 (100 %). Состав боксита, % масс.: 
39 Al2O3; 15 SiO2; 24 Fe2O3; 22 п.п.п. 
Ответ: 2СаО·SiO2 – 30,94 %; Na2O·Al2O3 – 45,1 %; Na2O·Fe2O3 – 
23,96 %. 

Задача 16 
Рассчитать состав спека, полученного спеканием нефелинового 
концентрата следующего состава, % масс.: 30 Al2O3; 20 Na2O; 40 SiO2; 
10 п.п.п. с известняком (100 % СаСО3). 
Ответ: 2СаО·SiO2 – 69,64 %; Na2O·Al2O3 – 29,29 %; Na2O – 1,07 %. 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину