СОДЕРЖАНИЕ

      Введение                                                                                                                   4

1.   Развитие  производства алюминиевой промышленности

1.1 Характеристика сырья и готовой продукции глинозёмного производства

2.   Главная часть                                                                                                          11

2.1 Описание аппаратно – технологической схемы узла                                          11

2.2 Описание  технологического процесса на заданном узле                                  13

2.3 Нормы технологического  процесса                                                                      14

2.4 Применяемое  оборудование, назначение и принцип  его действия                   16

2.5 Расчёт необходимого  количества выбранного оборудования                           18

2.6 Спецификация  оборудования, принятого на данном  технологическом узле   20

2.7 Контроль  технологического режима КИП  и АСУ, применяемые на данном  технологическом узле                                                                                                   24

2.8 Техника безопасности  на рабочем месте                                                              25

      Список использованной литературы                                                                     30

ВВЕДЕНИЕ

1 Развитие производства алюминиевой промышленности

     В настоящее время под металлургией в узком смысле этого слова  понимают ту область науки и промышленности, которая занимается получением металлов и сплавов из руд и других металлов. Первым ученым металлургом был Агрикола (Бауэр) 1494-1555гг., изучавший металлургию на европейских заводах. В 1556г. вышла, написанная им книга по металлургии и горному делу, называлась она «De Re Metallica». .Однако научный уровень, изложенных в ней вопросов металлургии был очень низкий. В таком положении металлургическая наука находилась на протяжении двухсот лет. Лишь открытие великим русским ученым Ломоносовым (1711-1765гг) закона «сохранения веса при химических реакциях» (1748г) позволило на его основе дать изложение способов извлечения металлов из руд на более высоком уровне, чем существующих до него руководствах по металлургии. Ломоносов стал основателем научной металлургии и автором первой на русском языке книги по металлургии. Он экспериментально доказал, что не материя сия, а воздух окисляет материалы. Это дало возможность правильно трактовать металлургические процессы с точки зрения взаимодействия руд и топлива с воздухом.

     Конец XVIII и первая половина XIX вв. в России отмечены рядом крупных открытий и ценных исследований в области металлургии цветных и благородных металлов. Открытый Гессом закон « о постоянстве суммы тепла реакций» стал основой теоретической металлургии. В 1834г Фарадей открыл закон электролиза, явившегося основой процессов электролитического получения и рафинирования металлов. Большим достижением науки было создание в 1869г Д.И. Менделеевым периодической системы элементов. Русские ученые Бекетов. Федоров. Кузнецов. Жуковский и другие сделали ряд выдающихся исследований, которые сыграли большую роль в развитии мировой алюминиевой промышленности. Открытый Байером в конце XVIII века щелочной метод получения глинозема из бокситов явился самым экологичным и экономический способом производства алюминия.

     Производство  алюминия развивается исключительно  быстрыми темпами.

     Быстрый рост производства объясняется, прежде всего,  ценными его свойствами, разнообразием областей применения и большой распространенностью руд в природе.

     Алюминий  – важнейший  легкий цветной металл. По производству и  потреблению он занимает второе место среди всех металлов (после железа) и первое место среди цветных металлов.

     Важнейшими  физическими свойствами алюминия, обуславливающими его широкое использование практически во всех отраслях народного хозяйства, является малая плотность, высокая пластичность, электро - и теплопроводность. Многие физические свойства алюминия существенно изменяются в зависимости от степени его частоты. Так, чем чище алюминий, тем выше его температура плавления и электропроводность и ниже плотность. Однако ряд свойства алюминия можно существенно улучшить легирующими добавками магния, кремния, меди, цинка, марганца, которые повышают механические и литейные свойства алюминия и его коррозионную стойкость.

     Алюминий  в настоящее время находит  очень широкое применение в виде чистого металла, многочисленных сплавов  и в виде солей и оксида. Практически  нет ни одной отрасли промышленности, где не применялся бы алюминий или изделия из него.

     Важнейшими  потребителями алюминия и его  сплавов является авиационная и  автомобильная промышленность, железнодорожный  и водный транспорт, электротехническая и химическая промышленность, машиностроение, промышленное и гражданское строительство, производство предметов домашнего потребления. 

     1.1 Характеристика сырья и готовой продукции глинозёмного производства 

     Сырьем  для получения глинозема является боксит, который представляет собой  горную породу, состоящую в основном из гидроокиси алюминия, окислов железа, SiO2, TiO₂ с примесью других минералов. Боксит получил свое название от города Бо (Боух), где впервые был обнаружен в 1821 году. За последние годы во многих странах были найдены большие месторождения бокситов. Добыча бокситов ежегодно увеличивается на 10%. В настоящее время разведаны запасы примерно 10 млрд. тонн, при годовой добыче около 70 млн.тонн.

     Различают бокситы: гиббсито-бемитовые, диаспоровые, гиббсито-диаспоровые. Тип боксита  определяется возрастом породы, самые  древние считаются диаспоровые, в них встречается корунд, а наиболее молодые бокситы - гиббситовые.

     Бокситы Тургайского (Амангельдинской группы) месторождения относятся к гиббситовому типу и легко вскрываются при  атмосферном давлении, кремневый  модуль колеблется в широких пределах и в среднем составляет около 3-4 единиц. В северном Казахстане находится значительное число месторождений бокситов: Амангельдинская группа, Краснооктябрьская, Белинская, Аятское и другие.

     В 1990году было выполнено институтом ВАМИ-ТЭО (перевода действующего Павлодарского алюминиевого завода на Краснооктябрьские бокситы и развитие рудной базы). Необходимость разработки указанного ТЭО вызвана ожидаемой полной выработкой Тургайских бокситов. Однако планируется разработка Тургаиским рудником в Актюбинской области -Талдыащисайского месторождения примерно в 7 млн. тонн, очень глинистых бокситов с влагой до 30%.

     Внешний вид бокситов разнообразен, чаще это  красные, довольно твердые породы, нередко  встречаются бокситы белые, желтые, темно-зеленые,серые. Красный цвет указывает на большое содержание железа, при малом содержании ее цвет боксита белый или серый. Чем выше кремневый модуль и большое содержание А12ОЗ, тем качественнее боксит.                            

     Строение  залегания бокситов Амангельдинской группы однотипные. Рыхлые и каменистые разновидности бокситов в разрезе рудников занимают верхние слои, а глинистые и сухаристые - нижние горизонты.

     Основными разновидностями боксита Тургая, несмотря на весьма разнообразную окраску  и достаточно пестрый химический состав являются каменистые, рыхлые, сухаристые, глинистые.

     Каменистые  бокситы не представляют собой монолитной сплошной массы, как предполагали раньше, а являются по существу рыхлыми бокситами  с большим содержанием кусков и глыб различного размера.

     Рыхлые  бокситы представляют собой отдельные  бабовины и плотные каменистые куски, сцементированные обычно глинистыми разновидностями. Степень цементации различна, от слабой до весьма плотной.

     Сухаристые  бокситы представляют собой бобовую  или безбобовую однородную каменистообразную породу с угловатыми изломами, значительная часть сухаристых бокситов является продуктом слабой дегидратации предыдущих типов, поэтому четкой границы между глинами и сухаристыми бокситами не наблюдается.

     Глинистые бокситы представляют собой глинистую бобовую или реже безбобовую массу преимущественно гибситового состава с примесью коалинита.

     Основными материалами, входящими в состав боксита являются: гибсит; коалинит; глазурит; гидрослюда; гидроокислы  железа - гематит, гидрогематит, гидрогетит, алюмогетит; в незначительных количествах в рудах присутствуют кварц, гибс, кальцит, полевые шпаты и др. Бокситоподобные породы и бокситы трудно отличить друг от друга и точно могут быть отличены по данным химического анализа. Светлые, маложелезистые разновидности низкосортных бокситов и глины представляют собой огнеупорное сырье.

     Бокситы Кустанайской области на сегодняшний  момент представлены в основном тремя  группами: Аятское, Белинское и Краснооктябрьское  месторождения.

     Аятское месторождение расположено севернее поселка Октябрьский примерно в 40км. На сегодняшний день остались невыработанными карьеры: 6; 6А; 6Б; 9. Лучший по составу карьер 6Б: А12ОЗ=44%, кремневый модуль равен 4,4, Fe2O3-21%, СО2=1%.

     Приблизительно 40% каменного боксита, коэффициент вскрыши 3-4, мощность карьеров № 6 примерно 1,6 млн. тонн; № 6А - 0,7 млн. тонн; № 6Б -1млн. тонн.

     Перспективным месторождением является Восточно-Аятское, запасы руды на 15лет, при добычи 0,8-1 млн. тонн в год. Наиболее перспективным  является карьер № 7, состав бокситов в котором:А12ОЗ=44,7%, Si2O3=5,53%, Fe2O3=23,6%, акр=8, СО2=0,3%, Ga-ЗЗг/т.

     Белинское месторождение состоит из трех участков: Южный, Северный, Карасорский и новые  площади. Запасы примерно 35 млн. тонн. В  настоящее время в работе карьер № 1 и № 4 на Южном участке и Карасорский карьер. Качество бокситов на Южном участке: А12ОЗ=41%. SiO2=10%, Fe2O3=21%, СО2=1-1,6%, акр=4,1; каменистых 33%, рыхлых 33%, глинистых 34%.

     Рудное  тело на Белинском руднике лежит  на известняке, через которые продавливаются подземные воды и увлажняют боксит. Состав воды хлорно-натриево-магниевый с минерализацией 150г/л, что крепче, чем вода в окружающих озерах.

     Краснооктябрьское месторождение состоит из шести  карьеров, данное месторождение планировалось  для переработки на втором заводе ПАЗа по схеме чистого спекания. Литологический состав боксита с преобладаниемрыхлых и каменистых бокситов, содержащих много органики, причем прослеживается закономерность, чем меньше содержание окислов железа, тем больше органики. Карьеры обведены подземными водами, состав которых аналогичен водам Белинского месторождения с несколько меньшей минерализацией. Средняя влага боксита 17%. И Белинские, и Краснооктябрьские месторождения влагу не отдают и не принимают. Из-за атмосферных условий изменение влаги может колебаться не более 1%.

     Помимо  боксита в производстве глинозема  используют и другие промышленные руды. Нефелин используется для получения  глинозема, цемента, садово-поташной смеси  удобрения. Крупные залежи на Кольском полуострове в виде аппотита нефелиновой породы. Обогащением руды аппотиты отделяются 3Ca3(PO4)2*CaF2, а в хвосты выделяется богатая нефелиновая фракция - нефелиновый концентрат, который является сырьем для производства глинозема.

     Ачинская  нефелиновая порода способом спекания непосредственно без обогащения перерабатывается на глинозем, цемент, соду и поташ.

     Алуниты представляют интерес как комплексное  сырье, из которого извлекается глинозем, серный ангидрит, калиевая и натриевая  щелочь. Образуется алунит в результате воздействия гидротермальных сернокислых растворов на кислые и средние вулканические породы, содержащие калиевые шпаты, а также при действии сульфатных поверхностных вод на глиноземистые породы. Наиболее разведанным является Загликское месторождение в Азербайджане, в котором содержание алунитов составляет 55% среднего состава руды, А12ОЗ-22%,СО2 -20%, K2O*Na2O - 5%, SiO2 -41%,Fe-4%.

     Глины - главные составляющие глинозема, содержащей породы является коалинит (A112O3*2SiO2*2H2O), который может перерабатываться на глинозем. Однако, и каменноугольные золы является менее выгодным с точки зрения организации глиноземного производства. Технологическаясхема, по которой глина может перерабатываться на глинозем, спекание -кислотный способ и термический.

                Известняк

     Известняк поступает из Керегетассского рудника  в Павлодарской области. Известняк  применяется в качестве флюса  при приготовлении шихты спекания. Качество известняка должно соответствовать  ГОСТу 48-5-40-82. В глиноземном производстве применяют 1 и 2-й сорт следующего содержания:

     1  сорт: СаО - 53%. S1O2 не более 2%, MgO - не более 1%, Fe2O3 не более 0,6%.

     2  сорт: СаО - 52%, SiO2 не более 3%, MgO - не более 1,5%, Fe2O3 не более 0,6%.

     Крупность не более 300 мм. Физические свойства известняка: удельный вес 2,5-2,7т/мЗ, насыпной вес 1,5-1,7 т/мЗ, влажность 2-10

               Сода кальцинированная

     Сода  кальцинированная является составляющей шихты спекания, поступает с Ачинского  глиноземного комбината, должна соответствовать  ГОСТу-10689-75; Используется для приготовления шихты печей спекания.

       Химический состав соды кальцинированной (в %)

     содержание  углекислого натрия Nа₂СО₃ - 90,6%;

     содержание  углекислого калия К₂С0₃ - 5,17%;

     содержание  сернокислого калия К₂S0₄ - 4,07%.

     Физические  свойства соды технической

     удельный вес - 2,5 т/м³;

     насыпной  вес - от 1,3 до 1,6 т/м³;

     содержание  влаги - до 1%.

     Сода  каустическая

     Вводится  в процесс для частичного восполнения  потерь щелочи в ветви Байера, не компенсируемых ветвью спекания. Сода каустическая поступает на завод  в твердом и жидком состоянии.

                   Топливо

         В качестве топлива в печах спекания с октября 2000 года применяют уголь Шубаркольский.

     Марка – длиннопламенный(Д), рядовой, крупностью Р - рядовой от 0 до 300мм; Ш -штиб менее 6мм; СШ - семечко штиб менее 13мм; С - семечко 13мм; МШС -мелкое семечко штиб менее 2,5мм.

              Уголь содержит:    W ^Р = 14 %; А ^С = 5 %; С ^Г = 77,5 %; О ^Г = 15,2 %;

     N ^Г = 1,5 %; Н ^Г = 5,4 %; S ^Г = 0,4 %;  Выход летучих V ^Г = 44 %; теплота сгорания  Q^р _н - 5300 – 5700. Вид нелетучего остатка – слипшийся.

     Состав  золы: SiO ₂ = 60,6 %; Al ₂O ₃ = 22,3 %; Fe ₂O ₃ = 5,5 %; MgO = 1,5 %; CaO = 1,7 %; Na ₂O = 1,0 %.

     Зольность от 3-до 10 %, Vх - летучие горючие массы до 44 %, W° - влага рабочая до 14 %, содержание пустой породы не более 2%. Физические свойства: удельный вес 1,3-1,5 т/мЗ, насыпной вес 0,8-1 т/мЗ.

     Уголь по способности к окислению и  самонагреванию относится к IV группе – неустойчивые при хранении. Коэффициент размолоспособности

     К _ЛО= 1,3.

     Также экибастузские угли применяются  в качестве восстановителя шихты спекания, должны соответствовать ГОСТу 8779-87 с содержанием влаги не более 30%, зольность золы до 40%.

       Мазут используется - в качестве  топлива, на печах кальцинации; 

     в качестве сушильного агента пылеугольных систем на печах спекания;

     для розжига и в качестве резервного  топлива для печей спекания.

     На  завод поставляется сернистый и  малосернистый  мазут марки 100 или 40. Качество мазута должно соответствовать параметрам: - вязкость условная в град. При 80⁰С, не более - 8,0; зольность в процентах, не более  - 0,12; содержание механических примесей в процентах, не более - 0,0%; содержание водо-растворимых кислот и щелочей – отсутствие; содержание серы в процентах, не более - 2,0; температура вспышки ⁰С не ниже - +90; температура застывания ⁰С, не выше - +10; теплота сгорания низшая в пересчете на сухое топливо ккал/кг - не менее 9700.

               Мазут используется - в качестве топлива, на печах кальцинации; в качестве сушильного агента пылеугольных систем на печах спекания; для розжига и в качестве резервного топлива для печей спекания определенного состава который указан в таблице 1.  
 
 
 

     Таблица 1 - Состав мазута

        Характеристика готовой продукции.

     Продукционный гидрат представляет собой крупнодисперсный гидроксид алюминия и имеет следующую характеристику:

     SiO₂- 0,02%, не более

     Na₂O- 0,4%, не более

     Fe₂O₃- 0,03%,не более

     Влага- 12%, не более

     Маточный  раствор представляет собой щелочной раствор, содержащий примеси в виде различных химических соединений и имеет следующую характеристику:

     α_к- 2,8 единиц, не менее

     содержание  твердого - 2,5 г,тв/дм³, не более.

     Глинозем является основным исходным материалом в производстве алюминия электролитическим путем. К глинозему в этом случае предъявляется ряд требований, которые должны учитываться при разработке способов, применяемых для извлечения его из тех или иных алюминиевых руд.

     Глинозем, прежде всего, должен отличаться высокой степенью чистоты, так как примеси окислов элементов с более электроположительным, чем у алюминия, потенциалом (Fe₂O₃, SiO₂, TiO₂) будут в первую очередь разлагаться при электролизе, загрязняя получаемый алюминий. Примеси же соединений более электроотрицательных металлов (например Na₂O и СаО) вызовут изменение состава электролита.

     Глинозем  должен содержать минимальное количество влаги и иметь такую форму, которая обеспечила бы его достаточную негигро-скопичность при длительном хранении. Присутствие значительных количеств влаги в глиноземе приводит к частичному разложению расплавленного электролита (криолита), который разбрызгивается при соприкосновении с влажным глиноземом.

     Глинозем  должен получаться в кристаллах такой крупности, при которой бы он достаточно быстро растворился в электролите и мало распиливался при загрузке в ванну. Крупнокристаллический глинозем медленно растворяется в электролите, образуя осадки на поду ванны; очень мелкий сильно распыливается, что является причиной его механических потерь.

     Требования, предъявляемые к глинозему, определяются техническими условиями.

     В производстве металлического алюминия электролитическим путем употребляется глинозем главным образом марки Г₁ или Г₀ (при получении металла повышенной чистоты); что касается глинозема марки Г₂, то он применяется в абразивной промышленности, а также может служить исходным материалом в производстве кремнеалюминиевых сплавов электротермическим восстановлением. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2 ГЛАВНАЯ ЧАСТЬ

     ГМЦ представляет собой Байеровскую  ветвь последовательной схемы получения  глинозема, состоящей из следующих  операций: размол боксита, выщелачивание  бокситовой пульпы, сгущение и промывка красного шлама, контрольная фильтрация алюминатного раствора, фильтрация красного шлама, декомпозиция, обработка гидрата, выпарка, кальцинация товарного глинозема.

          Боксит из ЦПС  ленточными  конвейерами распределяется по  бункерам мельниц. Ёмкость каждого  бункера 300 м³.  Каждая мельница имеет собственный бункер, всего девять мельниц.

Из бункера  боксит пластинчатым питателем вместе с оборотным раствором подается в стержневую мельницу, где дробится до определенной тонины.

          Оборотный раствор с выпарки  и декомпозиции поступает в баки оборотного раствора откуда распределяется на мельницы. Дозировка оборотного раствора, управляемая АСУТП обеспечивает получение каустического модуля вареной пульпы в заданных   пределах. Для удаления железистых песков из процесса на размоле установлен вертикальный аппарат.

Сгущение  и промывка красного шлама

       Осаждение красного шлама на переделах сгущения и промывки осуществляется в аппаратах

     Одноярусный сгуститель диаметром 40м

     Слив  сгустителей поступает в мешалки  слива, откуда насосами подается на контрольную фильтрацию.

     Сгущенный шлам из конуса сгустителей поступает  на промывку.

     Система промывки противоточная, четырехкратная. Шлам подается в головной промыватель, горячая вода в хвостовой.

       Шлам из конуса последних промывателей  подается на ФКШ. Слив первых промывателей поступает на выщелачивание для разбавления вареной пульпы. Для улучшения качества сливов в сгустители и головные промыватели подается синтетический флокулянт “Алклар-600”, «Сайтек». 
 

2.1 ОПИСАНИЕ АППАРАТНО – ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УЗЛА 

     Осаждение красного шлама и промывка его  осуществляется в осадительных аппаратах  диаметром 40 и 20 м.

     Пульпа  питания сгустителей насосами с  участка выщелачивания подаётся в сгустители красного шлама. Каждая нитка выщелачивания питает один сгуститель диаметром 40 м или 2 сгустителя диаметром 20 м. Питание сгустителя диаметром 40 м регулируется с помощью углового клапана на всасе питающего насоса, а питание сгустителя га питающем Т проводе. Слив с каждого сгустителя диаметром 40 м питает в бак слива, установленный непосредственно под сгустителем, слив измеряется щелевым расходомером при погружении в бак. Из бака слива раствор отправляется в общие мешалки слива. Слив со сгустителей диаметром 20 м поступает непосредственно через общий щелевой расходомер установленный на общих мешалках.

     Из  мешалок слива раствор подаётся фильтрами ЛВАЖ. На фильтрах ЛВАЖ контрольной фильтрации алюминатного раствора содержание твёрдого в сливе со сгустителей не должно превышать более 0,3 гр/л т.к раствор в сгустителях находится 20 – 25 часов, при этом продолжается процесс обескремнивания и кремнёвый модуль алюминатного раствора поднимается до 350 – 360 единиц с 200 – 250 единиц. До слива 100° С - 104° С сгущенный шлам из конца  сгустителей с ж : т равно 2,6 : 3,0 погружается репульпатор, куда подаётся вторая пром вода с нитки промывки красного шлама.

     Для лучшего отделения (осветления) слива  от тонкой взвеси красного шлама, перед  сгустителем в пульпу вводится коагулянт, приготовленный из ржаной муки. А для  лучшего уплотнения красного шлама непосредственно в питающем стакане сгустителя дозируется синтетическим флокулянтом « Алкар 600» который снижает ж : т сгущенного шлама.

     Промывка  красного шлама в настоящее время  осуществляется в реконструированных аппаратах диаметром 20 м (пятиярусный сгуститель, реконструирован в одноярусный)

     Помывка красного шлама ведётся по противоточной  схеме. Сгущенный шлам из сгустителя подаётся вместе со второй пром водой  в первый промыватель через репульпатор. Назначение репульпатора – перемешивание шлама с пром водой т.е. равномерно разбавить алюминатный раствор увлечённый красным шламом.

     В первом промывателе шлам, сгущаясь, отделяется от первой пром воды, которая  по сливному коллектору поступает в  мешалки первой пром воды, из которых  насосами подаётся на разбавление варёной пульпы до заданной концентрации. Шлам из первого промывателя с ж : т равного 2,6 : 3,0 поступает в репульпатор, где репульпируется третья пром вода и насосом подается во второй промыватель. Сгущённый шлам во втором промывателе репульпируется четвертой пром водой.

     В последний промыватель подаётся шлам репульпированный горячей водой, противоточная промывка шлама. Таким  образом, всё это сводится к последовательной обработке сгущенного шлама всё более и более слабой пром водой, причём каждый раз эта операция предшествует отделению шлама от основной массы раствора, т.е. сгущении шлама. При этом происходит последовательность, все возрастающие при  переходе от промывателя к промывателю разбавление раствора увлекаемого сгущенного красного шлама. Отсюда становится понятно, почему нужно стремиться получить в сгустителях и промывателях такой уплотнённый красный шлам, в этом случае в сгущённом шламе будет содержаться меньше раствора и последний будет легче отмываться.