А Н  Н О Т А Ц И Я

      В настоящем дипломном проекте  разработан вопрос выщела-чивания бокситов применительно к условиям ПАЗа. На основании данных практики и литературных источников выбраны режимные параметры. Определены условия получения бедных красных шламов по Al₂O₃ и чистых алюминатных растворов.

      В Казахстане большие запасы боксита, но низкого качества с большим  содержанием железа и кремния. Поэтому  были разрабо-таны более совершенные  методы получения глинозема (схема  Байер-спекание).

      Комплексность использования сырья, извлечение редких ме-таллов понижает себестоимость основного продукта.

      Экономические расчеты показали, что от указанных  меропри-ятий может быть получен  ориентировочный экономический  эффект и рентабельность производства.

С О Д Е Р  Ж А Н И Е 
 

В В  Е Д Е Н И Е

      На  Павлодарском алюминиевом заводе ПАЗ  впервые в миро-вой практике решена важная технологическая проблема вовлечения в сферу крупномасштабного промышленного  производства высоко-кремнистых и высокожелезистых бокситов Казахстана.

      Разработка  и промышленное освоение с высокими технико-экономическими показателями на ПАЗе последовательной техноло-гической схемы Байер-спекание для руды, которая  за рубежом классифицируется не как  бокситы, а как боситоподобные глины, оказались возможными благодаря радикальному изменению химико-технологических основ производства, применению и со-вершенствованию новых технологических процессов и высоко-производительных аппаратов, ранее не применявшихся в глино-земной промышленности.

I. ОБЩАЯ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

1.1. Краткая характеристика  предприятия

      Павлодарский  алюминиевый завод расположен в  г. Павлодаре Республики Казахстан  восточнее жилых районов города. Завод граничит южной стороной с  территорией ТЭЦ-1 и городскими зем-лями, северной с железнодорожной станцией.

      С южной и восточной стороны  территория завода ограничена полосой  отвода подъездного железнодорожного пути ТЭЦ, с западной стороны –  городскими землями.

      Железнодорожная связь завода с общей сетью  железнодорож-ных дорог осуществляется примыканием подъездного железнодо-рожного пути завода к станции МПС «Южная», расположенной на расстоянии 1,1 км от северной границы завода.

      С городом завод связан автомобильной  дорогой и трамвайной линией.

      Завод запроектирован на принципах широкого коопериро-вания в строительстве и эксплуатации объектов общегородского хозяйства района города Павлодара, в части строительных баз, водоснабжения, канализации, железнодорожного и автомобильного транспорта, тепловых и электрических сетей, общегородских объ-ектов культурно-бытового и коммунального назначения.

      Производительность  предприятия 1000000 т глинозема в  год. Также есть возможность увеличить  производство. 

1.2. Сырьевая база, номенклатура, качество  
и технологический уровень продукции

      Глинозем встречается в природе в небольших количествах в виде минерала корунд. Существует несколько разновидностей глинозема, которые имеют одну и ту же формулу, но разное струк-турное строение и свойства. Наиболее распространенные и часто встречающиеся:

      Технические требования на глинозем представлены в табл. 1.

      Сырьем  для завода являются Тургайские бокситы. Бокситы представляют собой горную породу, состоящую в основном из гидроксида алюминия, оксида железа, оксида минеральных компо-нентов. Боксит получил своей название от французского города, где впервые он был обнаружен [1].

      Основные  составляющие бокситов – гиббсит (гидраргилит), бемит и диаспор. Кроме того в  бокситах содержатся минералы железа (гематит, гидрогематит, сидерит); кремнезем в виде кварца, гидролсида (опал и др.). В меньших количествах в бокситах содер-жится карбонаты кальция и магния, а также примеси органических веществ.

      В зависимости от содержания и Al₂O₃ и кремневого модуля бокситы Аятского и др. месторождений, расположенных в северной и северо-западной частях республики, являются сырьевой базой Павлодарского алюминиевого завода. Бокситы Казахстана являются низкосортными, отличаются повышенным содержанием вредных примесей: кремнезема, карбонатов, органических соединений, содержащих вредные вещества, хлор, которые осложняют работу основных технологических переделов и вызывают повышенный расход энергии, трудозатрат и капитальных вложений. Рациональ-ное их использование требует изыскания и реализацию нетрадици-онных решений [2].

      Поэтому разработке теоретических основ  и технологии пере-работки низкокачественного глиноземсодержащего сырья Казахс-тана и была посвящена моя дипломная  работа.

      В зависимости от содержания Al₂O₃ и кремневого модуля бокситы подразделяют на марки и сорта, приведенные в таблицу 2. 

      Таблица 1 – Технические требования на глинозем

                             ГОСТ 3058-98 

      * - допускается до 0,05 

      Таблица 2 – Стандарт на боксит ГОСТ 972-74 

продолжение таблицы 

1.3. Численность и  профессионально-квалификационный   
состав работающих

      Общее количество рабочих 183 человека. Из них 119 основ-ных рабочих, которые заняты на основном производстве, 19 вспо-могательных. Инженерно-технических работников 45, один началь-ник цеха, 5 начальников участков, 7 старших мастеров, 5 мастеров механиков, 5 мастеров электриков и 20 мастеров смен.

      Здесь еще не учитывается врачебный  персонал, пожарная охрана, повара, душевички  и охрана завода.

1.4. Потребность  в энергоресурсах

      Система электроснабжения завода выполнена в соответствии с проектом. Электроснабжение производится от Павлодарской ТЭЦ-1 и от системы «Павлодарэнерго» Минэнерго.

      Общая установленная мощность трансформаторов 370 тыс. кВт. Электроснабжение осуществляется:

      Электроснабжение осуществляется:

1. двумя линиями 110 кВт. ЛЭП-145 и ЛЭП-146 и одной резервной ЛЭП-106. ЛЭП-145, 146 заходят с подстанции «Павлодарская», а ЛЭП-106 является отпайкой от линии ТЭЦ-2;
2. двумя открытыми шинопроводами по 10 кВт от ТЭЦ-1. На главной понизительной станции ГПС-2 установлены два рабочих трансформатора по 80 МВт и один резервный по 70 МВт.

      Потребность в энергоресурсах электроэнергии 295,56 . 10⁶ кВт.ч. Пар 3,45 . 10⁶ Гкал. Вода свежая 3,19 . 10⁶ м³. Воздух 960 . 10⁶ м³.

1.5. Комплексность использования сырья

      В настоящее время на отечественных  и зарубежных глино-земных заводах, перерабатывающих бокситы, помимо основного  продукта – глинозема, извлекают  из сырья также редкие металлы  – галлий и ванадий. Кроме того бокситы содержат значительные количества железа, кремния, титана и малые количества таких ред-ких металлов, как скандий, германий и др. Следовательно, бокситы являются ценным сырьем.

      За  последние годы в разных странах  проведено много научно-исследовательских  работ, направленных на комплексное извлече-ние, исключающих отходы производства. Эти исследования каса-ются извлечения из алюминатных растворов галлия и ванадия и переработки красных шламов (отходов существующего производст-ва) на глинозем, щелочь, чугун, цемент и другие строительные материалы [1].

II. ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН И ТРАНСПОРТ

2.1. Краткая характеристика  площадки  
строительства

      Основными факторами, определяющими месторасположение  глиноземных производств, является близость к сырьевой и топлив-ной  базам, к источникам снабжения, возможность обеспечения значительным количеством воды, а также близость к алюминиевым заводам.

      Город Павлодар является административным центром  одной области, расположен на правом берегу Иртыша. И находится на железнодорожной  магистрали.

      Основными факторами, благоприятствующих для размещения здесь глиноземного завода, являются:

• близость месторождения;
• близость топливной базы;
• возможность обеспечения водой практически в неограни-ченном количестве из реки Иртыш.

2.2. Характеристика рельефа  местности

      Под строительство здания по производству глинозема отво-дится площадка, расположенная на территории Павлодарского алюминиевого завода.

      Грунты, слагающие площадку, относятся к  первой категории просадочной толщи. Здание цеха одноэтажное, железобетонное.

      Площадь застройки – 5024 м²

      сейсмичность  района – 4 балла

      ветровой  напор – 50 кг/м².

      Основанием  фундамента приняты суглинистые  отложения, расположенные на глубине 2,8; 3,0 метров от поверхности земли. Уровень  грунтовых вод 12,0 и не является агрессивной  средой для фундамента зданий.

      Район расположения завода относится у  суровым, зимой до  
-40^о С, а летом +40^о С, климатическими условиями.

      Глубина промерзания зданий 2,0-2,5 м. Капитальные  затраты на строительство зданий составляют значительную часть расходов.

2.3. Состав генерального плана, перечень  
всех зданий и сооружений, их площадей

      Цех выщелачивания находится в самом  центре завода. Это связано с тем, что он является основным звеном в  процессе Байера. Пульпа поступает  с мокрого размола. Продукты выщелачивания, алюминатный раствор направляется на декомпозицию, красный шлам на спекание (доизвлечение алюминия). Оборотный раствор, который участвует в процессе выщелачивания, поступает с выпарки. Как мы видим, основные потоки проходят через этот цех.

      Все участки соединены галереями, по ним проходят все трубопроводы. Все оборудование находится под одним зданием. Вокруг него проходит асфальтированная дорога. И рядом проходит главная дорога завода. Также предусмотрено место для строитель-ства нового оборудования, в случае увеличения производства.

      Также у цеха есть складские помещения, там хранится ржаная мука (коагулянт) и макулатура (целлюлоза), как фильтрирующий  слой в контрольной фильтрации.

2.4. Основные планировочные  решения

      Завод находится в восточной зоне города. И находится за границей города на расстоянии 5 км. В стороне основных ветров. Поэтому большинство вредных примесей не попадает в город, а уносится за его пределы.

      Вокруг  завода на расстоянии 1 км посажены зеленые  насаж-дения. И эта зона не подлежит застройке жилым массивом. Вокруг цехов есть газоны с зелеными насаждениями. Проходит постоянное орошение дорог водой. И вся грязь смывается в канализацию. Идет постоянный контроль за экологическим состоянием промышленной зоны. Постоянное обновление старых и засохших насаждений.

      Гидрометаллургическое производство алюминия – одно из самых  экономически чистых производств. И  это является основным достоинством предприятия.

2.5. Транспорт внутризаводской  и внешний

      Внутри  завода проходит асфальтированная дорога. По ней проходят основные сообщения между цехами и по ним доставля-ется нужное оборудование и продукты, сырье, участвующее в про-цессе производства.

      Также к заводу подходит железная дорога, по ней доставля-ется часть сырья, оборудования, материалы для ремонта. Еще завод сообщен с автомагистралью, судовым сообщением, по ним тоже могут перевозиться грузы и сырье.

III. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ,  
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭНЕРГОРЕСУРСАМИ

3.1. Сырьевая база, характеристика  сырья

      Бокситы – это горная порода, содержащаяся оксид алюминия, кремний, оксиды железа и другие металлы.

      Среди стран мира Казахстан по запасам  занимает 15 место. Месторождения бокситов, учитываемые Госбалансом запасов  в Северном Казахстане, сосредоточены  в трех основных бокситовых районах: Западно-Тургайском, Центрально-Тургайском и Восточно-Тургайском, запасы составляют соответственно 88,3; 45 и 7,2 % от разведанных запасов по региону.

      Восточно-Тургайский бокситовый район расположен в Тур-гайской  области. В районе учитывается балансом 6 месторождений бокситов: Аркалыкское, Северное, Нижне-Ашутское, Верхне-Ашутское, Уштобинское и Актасское. В рудах месторождений за исключением Актасского, учитываются также запасы галлия и огнеупорных глин.

      Западно-Тургайский район включает в себя месторождения: Аятское, Краснооктябрьское, Белинское, Зимнее, Восточно-Аятское, Таунсорское, Карабайтальское, Клубное, Восточно-Козыревское, Варваринское, Покровское, Северо-Ливанское; Центрально-Тургайский район: Приозерное, Кушмурунское, Западно-Убаганское и разведываемое Коктальское.

      Все отрабатываемые месторождения Западно-Тургайского бокситоносного района имеют сходное геологическое строение: продуктивная толщина – бокситы каменистые, глинистые, рыхлые. Пестроцветные глины заполняют эрозионно-карстовые впадины в палеозойском фундаменте пород, перекрытых чехлом песчано-глинистых отложений. Мощность покровных месторождений 5-60 метров, мощность рудных тел 2,5-100 м. Все комплексы пород об-воднены. Покров и продуктивная толща содержат безнапорные и слабонапорные воды, известняки содержат напорные воды. Все месторождения отрабатываются открытым способом.

      Бокситы даже в пределах одного месторождения  характери-зуются значительным разнообразием  химического и минералоги-ческого  состава.

      Оксид алюминия входит в состав минералов  диаспора, бемита, гидраргилита, корунда. Часто эти минералы свободного глинозема генетически тесно связаны с каолинитом и галлуазитом и через них – с группой гидрослюд и другими алюмосиликатами. Основными железосодержащими минералами бокситов являются гематит, гетит, гидрогематит и гидрогетит. Кроме них могут присутствовать в незначительных количествах магнетит, сидерит и др. Минерологи-ческий двуоксид титана в бокситах представлен в виде рутила и, отчасти, анатаза, брукита и др. В состав бокситов входят также минералосодержащие кальций, магний, фосфор и сера.

      Наибольший  интерес представлен Краснооктябрьским  место-рождением бокситов, расположенным  в центральной части Западно-Тургайского  района. По литологическим особенностям и возрасту бокситоносные осадки месторождения разделяют на два  горизонта: нижний подрудный и верхний рудный.

      Подрудный горизонт представлен пестроцветными (красно-вато-коричневыми, бурыми, желтым, иногда серыми) глинами часто с  оболочной структурой. Краснооктябрьское  месторождение пред-ставлено двумя  рудными полями: Северным (15 залежей бокситов) и Южным (9 залежей бокситов). Рудные тела и залежи бокситов обладают изменчивым химическим и литологическим составом бокситовых руд. Среди литологических разновидностей месторож-дений выделяются каменистые (35 %, рыхлые (57 %) и глинистые (8 %). Основными породообразующими минералами бокситов являются гиббсит, гидрогематит и каолинит.

      Аятское месторождение бокситов расположение в северной части Западно-Тургайского  района, в котором находится около 10 рудных участков. Бокситовые залежи сложены тремя литологическими разновидностями, среди которых выделятся: каменистые (49,1 %), рыхлые (15,5 %), глинистые (33,3 %), а также аллиты (2,2 %). По минералогическому составу бокситы Аятского месторождения относятся к гиббситовому типу. Породообразующими минералами бокситов являются гиббсит, каолинит, гетит, гематит, минералы, титана, сидерит.

      Белинское месторождение расположено в  северной части Западно-Тургайского  бокситового района.

      Рудный  горизонт образован глинистыми, рыхлыми, каменис-тыми бокситами, аллитами и бокситовыми глинами. Бокситовые запасы месторождения сгруппированы в четыре обособленны участка: Южный, Северный, Западный и Карасорский. Бокситы представлены каменистыми (30,2 %), рыхлыми (30,42 %) и глинис-тыми (36,5 %) литологическими разновидностями. По минерало-гическому составу бокситы относятся к трехгидратному (гиббси-товому) типу. Основными породообразующими являются гиббсит, каолинит, гематит и гидрогематит. В небольших количествах присутствует корунд, кварц, кальцит, сидерит и рутил.

      Бокситы Краснооктябрьского, Аятского и Белинского место-рождений относятся к Краснооктябрьскому рудоуправлению и отличаются от широко известных тургайских (запасы которых  практически исчерпаны) по химическому  и вещественному составу, поэтому  особенно важно всесторонне их изучение в связи с про-мышленным использованием.

      В таблице 3 приведен химический состав литологических разновидностей бокситов с указанием месторождения. 

Таблица 3 – Состав литологических разновидностей

                    бокситов 

      Из  таблицы следует, что бокситы  имеют различный хими-ческий состав. Содержание глинозема колеблется в  пределах 39,5-55,3 %, а SiO₂ – 3,2-13,6 %. В широком диапазоне изменяется содержание железа от 5,6 до 24,6 %, присутствуют органические вещества.

      По  данным кристаллооптического анализа проба представлена тонкодисперсным агрегатированным материалом, пропитанным тонко распыленными минералами железа. Гиббсит присутствует в тонкозернистом состоянии в виде зерен неправильной формы раз-мерами до 20 мкм с показателями преломления Nq – 1,591; Np – 1,570. Гиббсит тесно связан с каолинитом, который присутствует в скрыто кристаллической и аморфной форме с показателями прелом-ления Nq – 1,560; Np – 1,553. Кроме того, отмечается гематит в составе небольших агрегатированных скоплений и отдельных бес-цветных кристаллов неправильной формы размерами 8-10 мкм. Бесцветные кристаллы кварца имеют неправильную форму разме-рами 15-20 мкм, отмечаются единичные зерна анатаза.

      Таким образом, вещественный состав представлен  в основном минералами гиббсит, каолинит, сидерит, гематит, гетит [2].

3.2. Режим работы цеха

      Организация предприятия зависит от характера  производст-венных процессов, составляющих совокупность взаимосвязанных трудовых и естественных процессов, преобразующих  сырье, мате-риалы, полуфабрикаты в готовую продукцию.

      Для металлургических предприятий цветной  металлургии характерны непрерывно протекающие механические и химические изменения предметов, многоступенчатые процессы производства. В цветной  металлургии самый большой из всех других отраслей расход сырья и материалов на единицу продукции.

      Для производственных процессов в цветной  металлургии характерны крупные  агрегаты, требующие коллективного  обслужи-вания, строгой согласованности  в ходе протекания технологичес-ких  процессов и неукоснительного соблюдения регламентирован-ных режимов .

      Рациональные  формы организации производственных про-цессов должны исходить из характера  принятой технологии. По характеру  протекания производственных процессов  во времени различают периодические и непрерывные.

      Непрерывные процессы протекают без остановки  оборудо-вания для загрузки сырья  и материалов и выгрузки продукции, которые осуществляются одновременно с основными изменениями предмета труда. Загрузка и выгрузка материалов осуществляется непрерывно или через определенные интервалы времени [3].