Расчет вращающейся печи для спекания боксита производительностью по спеку (стр. 3 из 8)

· Кремнезем SiO₂ находится в каолините (80%) и кварце;

· Железо находится в гематите Fe₂O₃ и гидрогематите Fe₂O₃×H₂O;

· Титан содержится в рутиле TiO₂;

· Оксид кальция CaO в известняке CaСO₃.

Количество каолинита можно рассчитать по содержанию в нем кремнезема. Общее количество кремнезема в 100 кг боксита равно 4,2 кг. (см. табл. 1.), причем 80% его содержится в каолините, т.е. 4,2×0,8=3,36 кг.

Дальнейшие расчеты необходимо вести, используя массовые соотношения отдельных компонентов в каолините Al₂O₃×2SiO₂×2H₂O. Справочные данные по атомным массам некоторых химических элементов сведены в табл. 4.

Таблица 4.

Атомные массы некоторых химических элементов

Химический элемент	Атомная масса	Химический элемент	Атомная масса	Химический элемент	Атомная масса
ВодородКислородУглеродНатрий	1121623	АлюминийКремнийФосфорСера	27283132	КалийКальцийТитанЖелезо	39404856

Молекулярная масса каолинита равна

(27×2)+(16×3)+2(28+32)+2(2+16)=258.

Молекулярная масса кремнезема равна 60, но в каолините содержится две молекулы SiO₂, масса которых равна 120. Следовательно, 3,36 кг кремнезема содержатся в

кг каолинита

В каолините количество Al₂O₃, молекулярная масса которого равна 102, составит

кг.

Количество воды, молекулярная масса которой в каолините равна 2(2+16)=36, составит

кг.

Общее количество Al₂O₃ в 100 кг боксита равно 51,9 (см. табл. 1). Его содержание в диаспоре и бемите составит

51,9-3,36=48,54 кг.

Количество диаспора и бемита (Al₂O₃×H₂O), имеющих молекулярную массу 120, можно определить по количеству содержащегося в них Al₂O₃:

кг.

Количество в них воды определяют как разницу

57,11-48,54=8,57 кг.

Таблица 5.

Минеральный состав сухого боксита, %

Соединения	Всего	Al2O3	SiO2	H2O	Fe2O3	TiO2	CaO	CO2	Прочие
Al2O3×H2ОAl2O32SiO22H2SiO2Fe2O3Fe2O3×3H2ОTiO2CaСO3ПрочиеИтого	57,117,221,3518,026,661,77,140,8100	48,543,36------51,9	-2,851,35-----4,2	8,571,01--1,68---11,2	18,024,98------23	-----1,7--1,7	------4,0-4,0	------3,14-3,14	-------0,80,8

По содержанию в боксите CaO (молекулярная масса равна 56) можно рассчитать количество CaСO₃ (молекулярная масса - 100):

кг.

Количество CO₂ в CaСO₃ равно

7,14 - 4,0=3,14 кг.

В процессе спекания боксит теряет эту углекислоту (3,14 кг), а также влагу, содержащуюся в каолините (1,01 кг), диаспоре и бемите (8,57 кг) и гидрогематите, количество которой можно рассчитать, зная величину потерь при прокаливании (табл. 1):

14,4 – (1,01+8,57+3,14)=1,68 кг.

Количество гидрогематита (Fe₂O₃×3H₂О) с молекулярной массой 214 определяют по содержанию в нем влаги (молекулярная масса 3×18=54):

кг.

Количество оксида железа в гидрогематите равно

6,66 – 1,68=4,98 кг.

Следовательно, количество гематита в боксите составит:

23 – 4,95=18,02 кг.

Результаты расчетов сухого боксита представлены в табл. 5.

Аналогично определяем минералогический состав известняка.

В 100 кг известняка (см. табл. 2) содержится 50 кг CaО, имеющего молекулярную массу 56. Тогда количество известняка (молекулярная масса 100) составит

кг.

Содержание CO₂ (молекулярная масса 44) в известняке равно

кг.

Количество воды в известняке определяют по разнице между общей массой (100 кг) и суммой других компонентов в нем:

100 – (91,25+1,7+1,1)=5,95 кг.

Результаты расчета минералогического состава известняка сведены в табл. 6.

Таблица 6.

Минералогический состав известняка, %

Соединения	Всего	CaO	CO2	SiO2	H2О	Прочие
CaСO3SiO2H2ОПрочиеИтого	91,251,75,951,1100	51,1---51,1	40,15---40,15	-1,7--1,7	--5,95-5,95	---1,11,1

3. РАСЧЕТ ШИХТЫ

Шихта состоит из боксита, известняка, кальцинированной соды и оборотного раствора.

Расчет шихты производят по упрощенной методике на 100 кг сухого боксита. При этом состав оборотных продуктов принимаем, исходя из состава бокситов и данных заводской практики.

Для обеспечения полноты протекания кристаллохимических преобразований при формировании шихты необходимо соблюдать следующие требования:

Для того, чтобы рассчитать количество компонентов, участвующих в процессе спекания (СaO, SiO₂, Nа₂О, Al₂O₃, Fe₂O₃), необходимо проссумировать содержание каждого из них во всех составляющих шихты (боксите, кальцинированной соде, известняке и оборотном растворе).

В соответствии с технологией спекания для формирования исходной шихты используется оборотный содовый раствор, получаемый после выщелачивания спеков, отделения красного шлама и частичного выпаривания. Техническое его название – белый шлам. Исходя из данных заводской практики, принимаем следующий состав белого шлама, % 25,0 Al₂O₃; 20,0 SiO₂; 23,0 Nа₂О; 9,0 H₂O_связ.; 23,0 H₂O_вн.

Из данных практики, извлечение SiO₂ в белый шлам из спека составляет 10…15%. Остальные 85…90% кремнезема переходят в красный шлам при выщелачивании. Примем извлечение SiO₂ в белый шлам равным 13%.

При условии, что примерный расход известняка на 100 кг боксита, содержащего 4,2% SiO₂ (см. табл. 1), составляет 42 кг с содержанием 1,7 % SiO₂ (см. табл. 2), общее количество кремнезема в твердых составляющих исходной шихты равно 4,2+42×0,017=4,914 кг. Тогда общее количество SiO₂ в белом шламе равно

кг.

Количество белого шлама, с учетом содержания в нем 20 % SiO₂, составит

кг.

Результаты расчетов состава и количества белого шлама сведены в табл. 7.

Таблица 7. Состав и количество белого шлама

Всего	Al2O3	SiO2	Nа2О	H2Oсвяз	H2Oвн
Содержание, %Количество, кг.	1003,194	250,799	200,639	230,735	90,287	230,735

С учетом количества SiO₂, поступающего с белым шламом, исходная шихта содержит условно свободный SiO₂ в количестве 4,2+0,639=4,839 кг. Условно свободный СаО (молекулярная масса 40+16=56) в боксите при спекании образует двухкальциевый силикат 2СаО×SiO₂, связывая SiO₂ (молекулярная масса 60) в количестве

кг.

Оставшееся количество SiO₂, которое необходимо связать оксидом кальция равно

4,839 – 2,143=2,696 кг.

Составим пропорцию, приняв потребное количество известняка X с учетом его минералогического состава (0,017Х кремнезема и 0,511Х СаО, см. табл. 6):

Решая уравнение, получим Х=10,50 кг.

Состав и количество известняка, входящего в шихту спекания, представлены в табл. 8.

Таблица 8.

Состав и количество известняка в шихте

Всего	CaO	CO2	SiO2	H2О	Прочие
Содержание, %Количество, кг.	10010,5	51,15,365	40,154,216	1,70,179	5,950,625	1,10,116

Для определения количества оборотного раствора и свежей соды, добавляемой в шихту, используем практические данные по составу оборотного раствора, г/л: 12,0 Al₂O₃; 210 Na₂O; 130 CО₂; 1985 H₂O. Удельная плотность такого раствора составляет 1,337 г/л.

Исходя из практических данных, общее суммарное извлечение Na₂O при выщелачивании, обескремнивании и карбонизации примем равным 85%.

Теперь определим количество оксида натрия Na₂O, необходимого для осуществления процесса спекания. Учтем:

· Количество Al₂O₃ в шихте из боксита (табл. 5) и оборотного раствора (см. табл. 7) равно

·

51,9+0,799=52,699 кг.

· Количество Fe₂O₃ в шихте из боксита составляет 23,0 кг.

· Количество ТiO₂ в шихте из боксита составляет 1,7 кг.

Тогда потребное количество Na₂O (молекулярная масса 62) составит:

· Для получения Na₂O×Al₂O₃ через Al₂O₃(молекулярная масса 102)

·

кг.

· Для получения метаферрита натрия Na₂O×Fe₂O₃ через Fe₂O₃ (молекулярная масса 160)

кг.

· Для получения титаната натрия Na₂O×TiO₂ через TiO₂ (молекулярная масса 80)