Практическая работа № 9

Тема: «Материальный расчет процесса сгущения, фильтрации и промывки гидроксида алюминия»

Цель работы: Самостоятельно рассчитать материальный расчет сгущения, фильтрации и промывки. Научиться составлять материальный баланс сгущения промывки и фильтрации.

Количество часов: 4

Теоретическое обоснование

Алюминатный раствор отделяют от красного шлама обычно сгущением, которое основано на оседании твердых частиц пульпы в непрерывно действующих аппаратах, называемых сгустителями.

Выгружаемый из сгустителей красный шлам содержит некоторое количество алюминатного раствора, поэтому его промывают водой. Операция промывки сводится к смешению (репульпации) шлама с водой к последующему отделению полученной промводы от шлама отстаиванием в промывателях, которые по конструкции не отличаются от сгустителей. Так как одна промывка не обеспечивает достаточной отмывки шлама от алюминатного раствора, то на практике используют метод многократной (методической) промывки в системе промывателей с промежуточной репульпацией шлама.

Основными показателями процесса сгущения являются степень уплотнения шлама и удельная производительность по сливу. Степень уплотнения характеризуется жидкой и твердой фазы в сгущенном шламе, а под удельной производительностью понимают количество кубических метров осветленного раствора, выводимого из сгустителя на каждый квадратный метр площади осаждения за одни час (скорость слива).

На процесс сгущения шлама наряду с крупностью его частиц влияет целый ряд факторов: минералогический состав шлама, вязкость алюминатного раствора, его концентрация, температура пульпы, коагулянты и др.

Процесс фильтрации гидратной пульпы заключается в отделении твердой фазы – гидроксида алюминия от жидкой – маточного раствора. Цель фильтрации – получить с единицы фильтрующей поверхности наибольшее количество отфильтрованного осадка большей толщины и меньшей влажности.

Гидрат алюминия всегда содержит некоторое количество вредных примесей, повышенная концентрация которых снижает сортность глинозема. Если присутствие в продукционном гидроксиде алюминия кремнезема и соединений железа зависит от предварительной очистки алюминатных растворов, то содержание щелочи снижают промывкой осадка фильтратом кальцинации (на 2-й стадии) и горячей водой (на 3-й стадии).

Поток гидратной пульпы из «хвостового» декомпозера делится на две части с учетом крупности частиц гидрата – затравочную пульпу (2/3 от общей массы) и продукционную (1/3 от общей массы).

Порядок выполнения:

1. Материальный расчёт процесса:

Al₂O₃ = 65 г/л;

Na₂OK = 141,1 г/л;

Na₂OУ = 20,5 г/л;

Na₂OО = 161,6 г/л;

𝜶К = 3,57;

СО₂ = 14,5 г/л;

В = 50%;

Z = 3,5;

Удельный вес ρ = 1,260 г/см;

Содержание твёрдого = 520 г/л.

Количество и состав гидроксидной пульпы при Z = 3,5:

3500 кг Al₂O₃ в затравке;

1000 кг Al₂O₃ в растворе;

при В = 0,5

1000×0,5 = 500 кг Al₂O₃ в осадке

,

,

.

Количество Al₂O₃ в 1 м³ гидроксидной пульпы 102+54=156; Al₂O₃×3Н₂О

102 кг Al₂O₃ –156 кг Al(OH)₃

X кг Al₂O₃ – 520 кг Al(OH)₃

X = 340 кг Al₂O₃

Расходный коэффициент по гидроксидной пульпе с учётом возврата затравки и механических потерь Al₂O₃ = 2%

1000×102 кг Al₂O₃ = 12,5%

X кг Al₂O₃ – 100%

X = 8160 кг Al₂O₃

Объём гидроксидной пульпы

1 м³ пульпы – 340 кг Al₂O₃

X кг пульпы – 8160 кг Al₂O₃

X = 24 м³/т кг Al₂O₃

Состав пульпы:

Количество Al(OH)₃ в пульпе

Р×Al(OH)₃=24×520 =12480 кг

ППП = 12480 – 8160 = 4320

Объем, занимаемый гидроксидом при плотности гиббсита 2,42 г/см³

ρ = 2,42 г/см³

.

Объём, занимаемый маточным раствором:

V_М.Р = 24 – 5,2 = 18,8 м³

Состав маточного раствора, поступившего с исходной пульпой:

,

,

,

.

.

Вес маточного раствора:

,

.

Классификация пульпы.

Количество товарного гидроксида, отбираемого из под конуса гидросепаратора.

Р_{ТОВАРН.} = 12480×0,125 = 1560 кг

Объём гидроксидной пульпы из-под конуса гидросепаратора, при содержании твёрдого 700 кг/м³

1 м³ пульпы – 700 кг Al(OH)₃

X м³ пульпы – 1560 кг Al(OH)₃

X = 2,2 м³

в том числе, объём, занимаемый гидроксидом при ρ = 2,42 г/см³

.

Объём маточного раствора:

V_М.Р = 2,2 – 0,64 = 1,56 м³

Состав маточного раствора, уносимого с товарной пульпой:

,

,

,

.

.

Р_Р-РА = 1,56×1,260×1000 = 1965,6 кг,

.

Количество затравочного гидроксида, отбираемого в виде слива гидросепаратора (если пренебречь потерями, то эта же величина будет отбираться из-под конуса сгустителя).

Р_ЗАТ. = 12480 – 1560 = 10920 кг

Объем затравочной пульпы, отбираемой из-под конуса сгустителя, при содержании твёрдого 750 кг/м³

1 м³ пульпы – 750 кг Al(OH)₃

X м³ пульпы – 10920 кг Al(OH)₃

X = 14,56 м³

В том числе, объем, называемый гидроксидом

.

Объём маточного раствора:

V_М.Р = 14,56 – 4,5 = 10,06 м³

Состав маточного раствора, содержащегося в затравочной пульпе:

,

,

,

.

.

Р_М = 10,06×1,260×1000 = 12675,6 кг

.

Состав слива сгустителей:

,

,

,

,

,

.

Таблица 1 - Материальный баланс и классификация и сгущения

Приход	Вес, кг	Расход	Вес, кг
Гидроксидная пульпа		Товарный гидроксид
Твёрдая часть	12480	Твёрдая часть	1560
Al2O3 =8160		Al2O3 =1000
ППП=4320		ППП=560
Жидкая часть	23688	Жидкая часть	1965,6
Al2O3 =1278,4 кг		Al2O3 =101,4 кг
Na2OK = 2652,7 кг		Na2OK = 220,1 кг
Na2OУ = 385,4 кг		Na2OУ = 32 кг
СO2 = 272,6 кг		СO2 = 22,62 кг
Н2О = 19098,9 кг		Н2О = 1589,48 кг
		Затравочный гидроксид
		Твёрдая часть	10920
		Жидкая часть	12675,6
		Al2O3 =653,9 кг
		Na2OK = 1419,5 кг
		Na2OУ = 206,23 кг
		СO2 = 145,87 кг
		Слив сгустителей	9048,8
		Al2O3 =525,1 кг
		Na2OK = 1013,1 кг
		Na2OУ = 147,17 кг
		СO2 = 104,11 кг
		Н2О = 7259,32 кг
Итого:	36168	Итого:	36170

ФИЛЬТРАЦИЯ ЗАТРАВОЧНОЙ ПУЛЬПЫ:

Состав маточного раствора уходящего с отфильтрованной затравкой на декомпозицию при условии, что влажность отфильтрованной затравки 15 – 20%.

Количество влаги, оставшейся в затравке:

10920 Al(OH)₃ – (100% - 15%)

Х кг Н₂О – 15%

Х = 1927,1 кг Н₂О

Содержание воды в маточном растворе согласно принятому анализу:

(Н₂О)_М = 1260 – (65+141,1+20,5+14,5) = 1018,9 г/л (кг/м³)

Состав маточного раствора:

1 м³ раствора: 65 кг Аl₂O₃ – 1018,9 кг Н₂О

Х кг Аl₂O₃ – 1927,1 кг Н₂О

Х = 123 кг Аl₂O₃

Аналогично:

Na₂OK =266,9 кг

Na₂OУ =38,8 кг

СO₂ =27,4 кг

Состав фильтрата, полученного при обработке затравки:

,

,

,

,

,

Таблица 2 - Материальный баланс фильтрации

Приход	Вес, кг	Расход	Вес, кг
Затравочный гидроксид		Отфильтрованная затравка	10920
Твёрдая часть	10920	Жидкая часть	2383,2
Жидкая часть	12675,6	Al2O3 =123 кг
Al2O3 =653,9 кг		Na2OK = 266,9 кг
Na2OK = 1419,5 кг		Na2OУ = 38,8 кг
Na2OУ = 206,23 кг		СO2 = 27,4 кг
СO2 = 145,87 кг		Н2О = 1927,1 кг
Н2О = 10250,1 кг		Фильтрат	10292,4
		Al2O3 =530,9 кг
		Na2OK = 1152,6 кг
		Na2OУ = 167,43 кг
		СO2 = 118,47 кг
		Н2О = 8323 кг
Итого:	23595,6	Итого:	23595,6

ПРОМЫВКА ТОВАРНОГО ГИДРОКСИДА:

Остаток влаги в товарном гидроксиде после третьей стадии промывки при влажности осадка 9%.

1560 кг Al(OH)₃ – (100% - 9%),

Х кг Н₂О – 9%,

Х = 154,3 кг Н₂О.

Состав жидкой фазы отмытого осадка, если её анализ по заводским данным:

,

,

,

,

,

ρ = 1,03 г/см³ .

1 м³ жидкой фазы: 9,5 кг Аl₂O₃ – 997,5 кг Н₂О

Х кг Аl₂O₃ – 154,3 кг Н₂О

Х = 1,5 кг

Аналогично:

Na₂OK =2,63 кг

Na₂OУ =0,61 кг

СO₂ =0,31 кг

.

Состав промводы, полученной при промывке товарного гидроксида , (на промывку подаётся) 600 кг Н₂О.

,

,

,

,

,

.

Таблица 3 - Материальный баланс промывки

Приход	Вес, кг	Расход	Вес, кг
Товарная пульпа		Товарный гидроксид
Твёрдая часть	1560	Твёрдая часть	1560
Al2O3 =1000		Al2O3 =1000
ППП=560		ППП=560
Жидкая часть	1965,6	Жидкая часть	159,35
Al2O3 =101,4 кг		Al2O3 =1,5 кг
Na2OK = 220,1 кг		Na2OK = 2,63 кг
Na2OУ = 32 кг		Na2OУ = 0,61 кг
СO2 = 22,62 кг		СO2 = 0,31 кг
Н2О = 1589,48 кг		Н2О = 154,3 кг
Вода на отмывку	600	Промвода	2406,55
		Al2O3 =99,9 кг
		Na2OK = 217,47 кг
		Na2OУ = 31,39 кг
		СO2 = 22,31 кг
		Н2О = 2035,48 кг
Итого:	2565,6	Итого:	2565,9

ЛИТЕРАТУРА

Основная

1. Чуркин Б.С. и др. Специальные способы литья Учеб./ Екатеринбург: Изд-во Рос.гос.проф.-пед.ун-та, 2010.-730с.

2. Д. М. Кукуй, В. А. Скворцов, Н. В. Андрианов Теория и технология литейного производства. В 2 частях. – М.: Новое знание, 2011. 800 с.

Дополнительная

1. Технология литейного производства: Учеб./Б.С. Чуркин, Э.Б. Гофман, СТ. Майзель и др.; Под ред. Б.С. Чуркина. Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. проф. - пед ун-та, 2000.662 с.

2. Альтман М.Б., Лебедев А.А., Чухров М.В. Плавка и литье легких сплавов М.: Металлургия, 1969. 680 с.

3. Плавка и литье титановых сплавов: А.П. Андреев, Н.Ф. Аношкин, КМ. Борзецовская и др. М.: Металлургия, 1978. 383 с.

4. Чурсин В.М Плавка медных сплавов, М.: Металлургия, 1982. 152 с.

5. Производство отливок из сплавов цветных металлов: Учебник для вузов/А.В. Курдюмов, М.В. Пикунов, В.М. Чурсин, Е.Л. Бибиков. М.: Металлургия, 1986. 416 с.

6. Плавка и литье алюминиевых сплавов: Справочное руководство/М.Б. Альтман, А.Д. Андреев, Н.Н. Белоусов и др. М.: Металлургия, 1970. 320 с.

7. Колобнев И.Ф., Кршов В.В., Мельников А.Ф. Справочник литейщика: Цветное литье из легкие сплавов. М.: Машиностроение, 1974. 121 с.

8. Чуркин Б.С. Теория литейных процессов. Екатеринбург: Рос. гос. проф.-пед. ун-т, 2006. 453 с.

9. Теория литейных процессов/Б.С.Чуркин, Э.Б.Гофман, А.Б.Чуркин, Ю.И. Категоренко. Екатеринбург, 2006. 196 с.

ЗАДАНИЯ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«МЕТАЛЛУРГИЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ»

Подписано в печать Формат 60  84 / 16. Бумага для множ. аппаратов.

Печать плоская. Усл. печ. л. Уч. - изд. л. Тираж 100 экз.

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет». Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11

33