Металлургия глинозема : сборник задач
Покупка
Тематика:
Горная промышленность. Металлургия
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 2012
Кол-во страниц: 46
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-87623-652-4
Артикул: 753697.01.99
Доступ онлайн
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».
Скопировать запись
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
В корзину