Технологические расчеты вращающихся печей

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

4.1 Исходные данные для  расчета

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

Заданная  производительность печи D по перерабатываемому бокситу равна 25,3 т/час.

Состав сухого обрабатываемого боксита приведен в таблице 1. Принимаем, что влажность  боксита составляет 10 %. Состав используемого  в процессе спекания известняка приведен в таблице 2. Содержание Na₂CO₃ в соде составляет 98 %. Содержание Al₂O₃ в товарном глинозёме равно 98.8 %. Товарный выход из боксита составляет 80 %.

В качестве топлива используется мазут следующего состава (таблица 4.3).

 

Таблица 4.1 – Состав сухого боксита, %

Al2O3	SiO2	Fe2O3	CaO	TiO2	П.П.П.	Прочие
49,51	9,27	20,65	4,12	2,04	13,81	0,6
П.П.П. – потери при прокаливании

 

Таблица 4.2 – Состав известняка, %

CaO	SiO2	П.П.П.	Прочие
44,3	1,5	41,1	13,1

 

Таблица 4.3 – Химический состав мазута, %

CH4	C2H2	C2H6	C4H10	C5H12	N2	CO2
91	3,1	1,2	1,2	0,6	2,5	0,4

 

 

 

 

4.2 Расчет минералогического  состава боксита

Расчет выполняем  на 100 кг боксита.

В соответствии с данными минералогических исследований сухого боксита можно принять:

• Al₂O₃ содержится в бемите и диаспоре в виде Al₂O₃, а также в каолините в виде Al₂O₃×2SiO₂×2H₂O;
• 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 9,27 кг  (таблица 1), причем 80% его содержится в каолините, т.е. 9,27×0,8 = 7,416 кг. Тогда в кварце SiO₂ составит 9,27 – 7,416 = 1,854 кг.

Дальнейшие  расчеты будем вести, используя  массовые соотношения отдельных  компонентов в каолините Al₂O₃×2SiO₂×2H₂O. Справочные данные по атомным массам некоторых химических элементов сведены в таблицу 4.4.

 

Таблица 4.4 - Атомные массы некоторых химических элементов

Химический элемент	Атомная масса	Химический элемент	Атомная масса	Химический элемент	Атомная масса
Водород Кислород Углерод Натрий	1 12 16 23	Алюминий Кремний Фосфор Сера	27 28 31 32	Калий Кальций Титан Железо	39 40 48 56

 

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, 7,416 кг кремнезема содержатся в x кг каолинита, количество которого можно найти из соотношения

,

откуда  15,94 кг каолинита.

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

6,3 кг.

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

2,22 кг.

Общее количество Al₂O₃ в 100 кг боксита равно 49,51 (таблица 1). Его содержание в диаспоре и бемите составит

49,51 – 6,3 = 43,21 кг.

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

50,83 кг.

Количество  в них воды определяют как разницу

50,83– 43,21 = 7,62 кг.

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

7,36 кг.

Количество  CO₂ в CaСO₃ равно

7,36 - 4,12 = 3,24 кг.

В процессе спекания боксит теряет эту углекислоту (3,24 кг), а также влагу, содержащуюся в каолините (2,22 кг), диаспоре и бемите (7,36 кг) и гидрогематите, количество которой можно рассчитать, зная величину потерь при прокаливании (П.П.П. = 13,81 %, таблица 1):

13,81 – (2,22 + 7,36 + 3,24) = 0,72 кг.

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

2,86 кг.

Количество  оксида железа в гидрогематите равно

2,86 – 0,72 = 2,14 кг.

Следовательно, количество гематита в боксите составит:

20,65 – 2,14 = 18,5 кг.

Результаты  расчетов сухого боксита представлены в таблице 4.5.

Таблица 4.5 – Минералогический состав сухого боксита, %

Соединение	Всего	Al2O3	SiO2	H2O	Fe2O3	TiO2	CaO	CO2	Прочие
Al2O3*H2O	55,83	43,21	-	7,62	-	-	-	-	-
Каолинит	15,94	6,31	7,42	2,22	-	-	-	-	-
SiO2	1,85	-	1,85	-	-	-	-	-	-
Fe2O3	18,51	-	-	-	18,51	-	-	-	-
Fe2O3*3H2O	2,87	-	-	0,72	2,14	-	-	-	-
TiO2	2,04	-	-	-	-	2,04	-	-	-
CaCO3	7,36	-	-	-	-	-	4,12	3,24	-
Прочие	0,60	-	-	-	-	-	-	-	0,60
Итого	100,00	49,51	9,27	10,57	20,65	2,04	4,12	3,24	0,60

Аналогично  определяем минералогический состав известняка.

В 100 кг известняка (таблица 4.2) содержится 44,3 кг CaО, имеющего молекулярную массу 56. Тогда количество известняка (молекулярная масса 100) составит

79,1 кг.

Содержание  CO₂ (молекулярная масса 44) в известняке равно

34,8 кг.

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

100 – (79,11 + 1,5 + 13,1) = 6,29 кг.

Результаты  расчета минералогического состава  известняка сведены в таблицу  4.6.

Таблица 4.6 – Минералогический состав  известняка, %

Соединение	Всего	CaO	CO2	SiO2	H2O	Прочие
CaCO3	79,11	44,3	34,81	-	-	-
SiO2	1,50	-	-	1,50	-	-
H2O	6,29	-	-	-	6,29	-
Прочие	13,1	-	-	-	-	13,1
Итого	100,00	44,3	34,81	1,50	6,29	13,1

 

4.3 Расчет шихты

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

Расчет шихты  производим 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  соотношения:

(кальциевый модуль);

(щелочной модуль).

 

Для того, чтобы  рассчитать количество компонентов, участвующих  в процессе спекания (СaO, SiO₂, Nа₂О, Al₂O₃, Fe₂O₃), необходимо просуммировать 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 9,27 % SiO₂ (таблица 4.1), составляет 45 кг с содержанием 1,5 % SiO₂ (таблица 4.2), общее количество кремнезема в твердых составляющих исходной шихты равно

9,27 + 45×0,015 = 9,94 кг SiO₂.

Тогда общее  количество SiO₂ в белом шламе равно 9,94×13/100 = 1,29 кг, а количество самого белого шлама, с учетом содержания в нем 20% SiO₂, составит 1,29×100/20 = 6,46 кг.

Результаты  расчетов состава и количества белого шлама сведены в таблицу 4.7.

Таблица 4.7 – Состав и количество белого шлама

	Всего	Al2O3	SiO2	Na2O	H2Oсвяз.	H2Oвнеш.
Содержание, %	100	25	20	23	9	23
Количество, кг	6,46	1,62	1,29	1,49	0,58	1,49

С учетом количества SiO₂, поступающего с белым шламом, исходная шихта содержит условно свободный SiO₂ в количестве 9,28 + 1,28 = 10,56 кг.

Условно свободный  СаО составляет 4,12 % (таблица 4.1) (молекулярная масса 40 + 16 = 56) в боксите при спекании образует двухкальциевый силикат 2СаО×SiO₂, связывая SiO₂ (молекулярная масса 60) в количестве

4,12×60/(56×2) = 2,21 кг.

Оставшееся  количество SiO₂, которое необходимо связать оксидом кальция равно