">
Экономика Менеджмент
Информация о работе

Тема: Производство глинозема по методу Байера

Описание: Общее описание глинозема. Его применение. Сырье для его получения. Способ Байера при производстве. Общая химическая схема процесса. Функциональная, операционная, структурная схема. Основное сырье для получения металлического алюминия.
Предмет: Экономика.
Дисциплина: Менеджмент.
Тип: Курсовая работа
Дата: 22.08.2012 г.
Язык: Русский
Скачиваний: 84
Поднять уникальность

Похожие работы:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА»

Институт Экономики и Менеджмента

Кафедра « Менеджмента и Маркетинга»

Курсовая работа по дисциплине «Основы технологических процессов»

На тему: «Производство глинозема по методу Байера»

Выполнила:

Студентка 3 курса

Группы

Проверила:

Москва 2012

Оглавление

Общее описание глинозема3

Применение глинозема3

Сырье для получения глинозема3

Получение глинозема4

Общая химическая схема процесса5

Операционная схема5

Функциональная схема8

Структурная схема8

Технологическая схема9

Операторная схема для участка кальцинации11

Вывод12

Список используемой литературы13

Общее описание глинозема

Глинозём – Al2O3 белое кристаллическое вещество. Известен в виде двух модификаций альфа (корунд) и гамма глинозёма. Корунд встречается в горных породах в виде бесцветных кристаллов. Однако чаще всего природный корунд загрязнён магнетитом, гематитом, кварцем и др. Кристаллы альфа Al2O3  окрашены в красный цвет (рубин), в синий (сапфир), являющихся драгоценными минералами. Глинозём гамма модификации в природе не встречается и образуется при обезвоживании гидроокисей в температурном интервале 500 – 900 градусов Цельсия. При нагревании от 900 – 1200 он превращается в альфа Al2O3.

Глинозем обладает следующими химическими свойствами:

солеобразующий оксид, практически не растворим в кислотах, растворяется только в расплавах и горячих растворах щелочей, температура плавления 2044 градуса. Также известны электропроводные свойства глинозема: является полупроводником n-типа, диэлектрическая проницаемость от 9,5 до 10, электрическая прочность – 10 киловольт на миллиметр.

Применение глинозема

Глинозем является основным сырьем для получения металлического алюминия. Алюминий получают из глинозема электролизом. Глинозем используется также и в других отраслях промышленности (например, для отбеливания бумаги, производства специальных сортов цемента, цеолитов -веществ, поглощающих определенный сорт молекул в присутствии других молекул и пр.). Кроме того, иногда бывает рентабельно в состав производства глинозема включать производство редких металлов, сопутствующих алюминию в руде (таких, как галлий, ванадий и пр.).

Глинозем широко используется в качестве сырья в производстве ряда полезных промышленных материалов.

Глинозем алюминия используют для последующего производства абразивных, огнеупорных и износостойких материалов, а также в качестве электроизолирующего материала.

Использование методов электролиза позволяет получить из глинозема алюминий – из двух тонн руды две тонны металла.

Цена глинозема разнится в зависимости от его марки, назначения, а также использованных технологий и сырья.

Сырье для получения глинозема

Сырьем для получения глинозема служат следующие минералы и руды: алуниты, каолины, нефелины и бокситы. Но, в основном, при производстве глинозема предпочтение отдают бокситам.

Бокситы имеют сложный химико-минералогический состав. Основной и полезной их частью являются различные модификации гидрата окиси (гидроокиси) алюминия (Аl (ОН)3 , AlOОН и др. ). В состав бокситов входят обычно окислы железа, кремния, в малом количестве - серы, титана, галлия, хрома, ванадия и пр., а также карбонатные соли кальция, магния, железа, органические вещества (остатки древних растений и животных) и пр.

При равном содержании алюминия ценность боксита в основном зависит от следующих факторов (расположенных примерно по степени важности):

I) от сорта гидроокиси алюминия, входящей в состав боксита; по возрастанию трудностей переработки бокситы в этом отношении ложно расположить в ряд:

а.) гиббситовые (или гидраргилитовые), содержащие гидроокись алюминия в виде Al(OH)3 б) гиббсит - бемитовые; в) бемитовые AlООН; г) бемит - диаспоровые; д) диаспоровые (перекристаллизованная AlООН);

2) от содержания кремнезема (SiO2), при удалении которого из боксита определенная часть гидрата окиси алюминия вместе с ней уходит в отвал и теряется;

3) от содержания окиси титана (TiO2), образующей очень твердые осадки на теплообменных поверхностях аппаратуры и, тем самым, увеличивающих энергетические затраты;

4) от содержания карбонатов СаСО3 , MgСО3, FeСО3 на удаление которых расходуется часть нужного для производства глинозема едкого натра (NаОН);

5) от содержания серы, загрязняющей глинозем и понижающей, тем самым, качество алюминия;

6) от содержания органических веществ, замедляющих рост кристаллов гидроокиси алюминия и, тем самым, снижающих производительность завода;

7) от геологического возраста бокситов: древние бокситы имеют более высокую твердость и требуют при переработке больших затрат энергии, чем геологически молодые бокситы; как говорят они являются более трудновскрываемыми.

Чрезмерное содержание любых других примесей также является вредным и приводит к повышению затрат на производство глинозема.

Наблюдается связь между возрастом и типом бокситов: молодые, более мягкие бокситы обычно являются гиббситовыми, наиболее древние - твердые бокситы - относятся к диаспоровым, а бемитовые и прочие занимают по возрасту и твердости промежуточное положение. В связи с этим существенно различаются условия переработки бокситов. Наиболее дешевым при равных затратах на добычу и транспортировку является глинозем, полученный из гиббситовых бокситов, наиболее дорогим - из диаспоровых.

Получение глинозема

Получение глинозема из руд осуществляется тремя основными способами: электролитическим, кислотным и щелочным.

Наиболее распространённым способом получения глинозема является щелочной метод Байера, в ходе которого оксид алюминия добывается из бокситов высокого сорта.

Полученный глинозем представляет собой бесцветный кристаллический порошок с высокой способностью поглощать влагу.

Необходимым условием производства глинозема является контроль и соблюдение параметров веществ и процессов на всех этапах производства, начиная от подачи в него боксита и кончая выгрузкой готового глинозема. К ним, в частности, относятся: тонкость помола, концентрация щелочи, температура, давление, расход жидких и твердых веществ, расход энергоносителей и их параметры, крупность затравки и многое другое. Получают эти данные еще на стадии проектирования завода посредством многочисленных теоретических расчетов и экспериментальных проверок и корректируют их после пуска производства. Контроль за соблюдением технологии осуществляется постоянно специально лабораторией, а соблюдение условий производства является основной функцией инженерно-технического персонала и рабочих.

Способ Байера при производстве глинозема

Способ Байера — способ производства глинозема из боксита — основан на выщелачивании, цель которого растворить содержащийся в боксите оксид алюминия Al2O3, избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита (SiO2, Fe2O3 и др.). Способ Байера, в настоящее время доминирующий в производстве глинозема, пригоден только для переработки малокремнистых бокситов (с модулем выше 7).

Общая химическая схема процесса

В основу разработанного явления Иосиф Байер положил два явления: способность глинозема, содержащегося в боксите, переходить в раствор при обработке руды растворами едкого натра

Al2O3 • n Н2O ? Na2O • Al2O3 + (n + l)H2O

и способность алюминатных растворов к самопроизвольному гидролизу с выделением в осадок гидроксида алюминия при перемешивании системы с затравкой из свежеосажденного Al(OH)3:

Na2O• Al2O3+ 4H2O ? 2 Al(OH)3+ 2NaOH.

Операционная схема

Все глиноземное производство можно условно разделить на отдельные производственные участки, переделы. Переделом называется участок производства, выполняющий определенную функцию в процессе получения глинозема из руды.

Различают переделы: размола или измельчения; выщелачивания; осаждения и фильтрации красного шлама; разложения (декомпозиции) алюминатного раствора; фильтрация гидрата окиси алюминия; сушки и прокаливания гидроокиси алюминия получением глинозема; выпарки, и иногда другие. Каждый передел оформлен аппаратурно в условно-независимую группу устройств, обслуживаемую специализированными работниками. Схема основных переделов показана на рис. 1.



Более подробная операционная схема :



Другой вид операционной схемы:

Боксит

Глинозем на склад

1-дробление, 2-выщелачивание,3-разбавление,4-уплотнение шлама,4.1-промывка шлама,5-контрольное осветление,6-смешение с затравкой,7-выкручивание,8-уплотнение,8.1-выпарка,8.2-отстаивание, фильтрация соды, 8.3-каустификация,9-промывка гидрата,10-кальцинация.

Функциональная схема

( на основании операционной схемы)

NaOH H2O

Боксит

Красный шлам в отвал

Na2O• Al2O3;NaOH;CaO

CaO

Водяной парH2O

Глинозем

Структурная схема

(на основании операционной схемы)

Боксит

Глинозем на склад

Технологическая схема



1.Размол

Боксит дробят и размалывают до фракций размером 0,05—0,15 мм в среде добавляемой щелочи и оборотного раствора щелочи NaOH, добавляют также немного извести, активизирующей выщелачивание.

2.Выщелачивание

Полученную при помоле пульпу направляют на выщелачивание. Для полного протекания реакции вправо (образования алюмината натрия) необходимы щелочная среда, высокое давление (~ 3 МПа), нагрев пульпы до 100-240 °С (в зависимости от сорта боксита) и ее длительное (около 2 ч) перемешивание. Продуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюминатного раствора (содержащего Na2O • Al2O3) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита).

3. Разделение алюминатного раствора и шлама после разбавления пульпы водой.

Этот процесс производят в сгустителях (отстойниках) — сосудах диаметром 15—50 м, на дне которых оседает шлам, а через верх сливается: отстоявшийся алюминатный раствор. Его дополнительно пропускают через фильтры и направляют на следующую операцию — декомпозицию. Получаемый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe2O3) идет в отвал, шлам содержит, %: Аl2О3 12—18, SiO2 6—11, Fe2O3 44-50, CaO 8-13.

4. Разложение алюминатного раствора

Процесс называют также декомпозицией или выкручиванием проводят с целью перевести алюминий из раствора в осадок в виде Al2О3 • 3Н2O, для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выщелачивания влево, в сторону образования Al2О3 • 3Н2O. Чтобы реакция шла влево, необходимо понизить давление (до атмосферного), разбавить и охладить раствор, ввести в него затравки (мелкие кристаллы гидрооксида алюминия) и пульпу для получения достаточно крупных кристаллов Al2О3 • 3Н2O перемешивать в течение 50—90 ч.

5. Отделение кристаллов гидрооксида алюминия от раствора и классификация кристаллов по крупности.

После декомпозиции пульпа поступает в сгустители, где гидрооксид отделяют от раствора. Полученный гидрооксид в, гидросепараторах разделяют на фракцию с размером частиц 40—100 мкм и мелкую фракцию (размером менее 40 мкм), которую используют в качестве затравки при декомпозиции. Крупную фракцию промывают, фильтруют и направляют на кальцинацию

6. Кальцинация или обезвоживание гидрооксида алюминия.

 Осуществляется в футерованных шамотом трубчатых вращающихся печах диаметром 2,5—5 и длиной 35—110 м, отапливаемых природным газом или мазутом. Гидрооксид медленно перемещается вдоль вращающегося барабана навстречу потоку горячих газов, температура которых повышается от 200-300 °С в месте загрузки до ~1200°С вблизи горелки у разгрузочного торца барабана. При нагреве гидрооксида идет реакция: Al2О3 • 3Н2O = Al2О3 + 3Н2O, заканчивающаяся при 900 °С. Продуктом является глинозем Al2О3 (порошок белого цвета)

Операторная схема

Боксит

Глинозем на склад

Вывод

Извлечение глинозема при использовании описанного способа Байера составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуют 2,0—2,5 т боксита, 70—90 кг NaOH, около 120 кг извести, 7-9 т пара, 160-180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт ч электроэнергии.

Важной составной частью производства является энергетическое хозяйство, поставляющее электроэнергию, тепло и пар для подогрева растворов и сухих веществ.

Глиноземное производство эксплуатирует очень большое число различных насосов и единиц запорной арматуры, и от их надежности существенным образом зависит стабильность производства. Сегодняшнее производство глинозема в значительной мере автоматизировано. Это существенно облегчает управление процессами, но требует более квалифицированного персонала для обслуживания.

Нужно отметить, что глиноземное производство по способу Байера является довольно консервативным. Это связано с тем, что химия Байер - процесса остается неизменной вот уже на протяжении 90 лет. Совершенствованию подвергается в основном аппаратурная часть производства. Основное направление совершенствования - ресурсосбережение и экологическая чистота. Здесь достигнуты значительные успехи.

Список используемой литературы:

1. http://emigrin.narod.ru/Technics/Boxit/boxit_book.htm

2. http://www.74rif.ru/Al-tech.html

3. http://alhimteh.ru/stati/604-obshhaya-xarakteristika-sposoba-bajera.html

4. http://uas.su/conferences/2011/metxxi2011/castpro/1/1.php

5. Производство глинозема. Лайнер Абрам Ильич; Еремин Николай Иванович; Лайнер Юрий Абрамович; Певзнер Илья Захарович.

6. Процессы и аппараты глиноземного производства. Еремин Н.И.; Наумчен А.Н.; Казаков В.Г.