Выщелачивание бокситов в условиях Павлодарского алюминиевого завода 
Выщелачивание бокситов в условиях Павлодарского алюминиевого завода
Аннотация
В настоящем дипломном проекте разработан вопрос выщелачивания 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 разработаны более совершенные методы получения глинозема (схема Байерспекание).
Комплексность использования сырья, извлечение редких металлов понижает себестоимость основного продукта.
Экономические расчеты показали, что от указанных мероприятий может быть получен ориентировочный экономический эффект и рентабельность производства.
Введение
На Павлодарском алюминиевом заводе ПАЗ впервые в мировой практике решена важная технологическая проблема вовлечения в сферу крупномасштабного промышленного производства высококремнистых и высокожелезистых бокситов Казахстана.
Разработка и промышленное освоение с высокими технико-экономическими показателями на ПАЗе последовательной технологической схемы Байерспекание для руды, которая за рубежом классифицируется не как бокситы, а как боситоподобные глины, оказались возможными благодаря радикальному изменению химико-технологических основ производства, применению и совершенствованию новых технологических процессов и высокопроизводительных аппаратов, ранее не применявшихся в глиноземной 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 ТЭЦ1 и городскими землями, 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 железнодорожных дорог осуществляется примыканием подъездного железнодорожного 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 кооперирования 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 объектов культурнобытового 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 структурное 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 компонентов. 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 содержится 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 северозападной 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. Рациональное их использование требует изыскания и реализацию нетрадиционных решений [2].
Поэтому разработке теоретических основ и технологии переработки низкокачественного глиноземсодержащего сырья Казахстана 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 305898
|
Марка
|
Содержание примесей, не более: %
|
ППП
|
|
|
SiO2
|
Fe2O3
|
TiO2+V2O5
Cr2O5+MnO
|
ZnO
|
P2O5
|
Na2O +
+ K2O
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г000
|
0,02
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
0,001
|
0,3
|
0,6
|
|
|
Г00
|
0,02
|
0,03
|
0,01
|
0,01
|
0,002
|
0,4
|
1,2
|
|
|
ГО
|
0,03
|
0,05
|
0,02
|
0,02
|
0,002
|
0,5
|
1,2
|
|
|
Г1
|
0,05
|
0,04*
|
0,02
|
0,03
|
0,002
|
0,4
|
1,2
|
|
|
Г2
|
0,08
|
0,05
|
0,02
|
0,03
|
0,002
|
0,5
|
1,2
|
|
|
* допускается до 0,05
Таблица 2 - Стандарт на боксит ГОСТ 97274
|
Марка
|
Сорт
|
Содерж. Al2O3, %
|
Кремневый модуль
|
Область использования
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б00
|
|
50
|
12,0
|
Глинозем, электрокорунд
|
|
|
Б0
|
|
50
|
10
|
Глинозем, электрокорунд
|
|
|
Б1
|
|
48
|
8
|
Глинозем, электрокорунд
|
|
|
Б2
|
|
43
|
6
|
Глинозем, электрокорунд
|
|
|
Б3
|
1
|
45
|
5
|
Глинозем
|
|
|
2
|
35
|
5
|
Глинозем
|
|
|
Б4
|
1
|
43
|
3,9
|
Глинозем
|
|
|
2
|
42
|
3,0
|
Глинозем
|
|
|
3
|
40
|
3,0
|
Глинозем
|
|
|
Б5
|
|
48
|
2,6
|
Глинозем, огнеупоры
|
|
|
Б6
|
1
|
45
|
2,0
|
Глинозем, огнеупоры
|
|
|
2
|
37
|
2,0
|
Мартеновское производ.
|
|
|
1.3 Численность и профессионально-квалификационный состав работающих
Общее количество рабочих 183 человека. Из них 119 основных рабочих, которые заняты на основном производстве, 19 вспомогательных. Инженерно-технических работников 45, один начальник 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 ТЭЦ1 и от системы «Павлодарэнерго» Минэнерго.
Общая установленная мощность трансформаторов 370 тыс. кВт. Электроснабжение осуществляется:
Электроснабжение осуществляется:
двумя линиями 110 кВт. ЛЭП145 и ЛЭП146 и одной резервной ЛЭП106. ЛЭП145, 146 заходят с подстанции «Павлодарская», а ЛЭП106 является отпайкой от линии ТЭЦ2;
двумя открытыми шинопроводами по 10 кВт от ТЭЦ1. На главной понизительной станции ГПС2 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 глиноземных 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 редких 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 извлечение, исключающих отходы производства. Эти исследования касаются извлечения из алюминатных растворов галлия и ванадия и переработки красных шламов (отходов существующего производства) на глинозем, щелочь, чугун, цемент и другие строительные материалы [1].
2. Генеральный план и транспорт
2.1 Краткая характеристика площадки строительства
Основными факторами, определяющими месторасположение глиноземных производств, является близость к сырьевой и топливной 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 неограниченном количестве из реки Иртыш.
2.2 Характеристика рельефа местности
Под строительство здания по производству глинозема отводится 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
40о С, а летом +40о С, климатическими условиями.
Глубина промерзания зданий 2,02,5 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 строительства 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 насаждения. 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 доставляется нужное оборудование и продукты, сырье, участвующее в процессе производства.
Также к заводу подходит железная дорога, по ней доставляется часть сырья, оборудования, материалы для ремонта. Еще завод сообщен с автомагистралью, судовым сообщением, по ним тоже могут перевозиться грузы и сырье.
3. 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: ЗападноТургайском, ЦентральноТургайском и ВосточноТургайском, запасы составляют соответственно 88,3; 45 и 7,2 % от разведанных запасов по региону.
ВосточноТургайский бокситовый район расположен в Тургайской области. В районе учитывается балансом 6 месторождений бокситов: Аркалыкское, Северное, НижнеАшутское, ВерхнеАшутское, Уштобинское и Актасское. В рудах месторождений за исключением Актасского, учитываются также запасы галлия и огнеупорных глин.
ЗападноТургайский район включает в себя месторождения: Аятское, Краснооктябрьское, Белинское, Зимнее, ВосточноАятское, Таунсорское, Карабайтальское, Клубное, ВосточноКозыревское, Варваринское, Покровское, СевероЛиванское; ЦентральноТургайский район: Приозерное, Кушмурунское, ЗападноУбаганское и разведываемое Коктальское.
Все отрабатываемые месторождения ЗападноТургайского бокситоносного района имеют сходное геологическое строение: продуктивная толщина - бокситы каменистые, глинистые, рыхлые. Пестроцветные глины заполняют эрозионнокарстовые впадины в палеозойском фундаменте пород, перекрытых чехлом песчаноглинистых отложений. Мощность покровных месторождений 560 метров, мощность рудных тел 2,5100 м. Все комплексы пород обводнены. Покров и продуктивная толща содержат безнапорные и слабонапорные воды, известняки содержат напорные воды. Все месторождения отрабатываются открытым способом.
Бокситы даже в пределах одного месторождения характеризуются значительным разнообразием химического и минералогического 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. Минерологический 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 месторождением бокситов, расположенным в центральной части ЗападноТургайского района. По литологическим особенностям и возрасту бокситоносные осадки месторождения разделяют на два горизонта: нижний подрудный и верхний рудный.
Подрудный горизонт представлен пестроцветными (красноватокоричневыми, бурыми, желтым, иногда серыми) глинами часто с оболочной структурой. Краснооктябрьское месторождение представлено 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 месторождений выделяются каменистые (35 %, рыхлые (57 %) и глинистые (8 %). Основными породообразующими минералами бокситов являются гиббсит, гидрогематит и каолинит.
Аятское месторождение бокситов расположение в северной части ЗападноТургайского 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 ЗападноТургайского бокситового района.
Рудный горизонт образован глинистыми, рыхлыми, каменистыми 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 глинистыми (36,5 %) литологическими разновидностями. По минералогическому составу бокситы относятся к трехгидратному (гиббситовому) типу. Основными породообразующими являются гиббсит, каолинит, гематит и гидрогематит. В небольших количествах присутствует корунд, кварц, кальцит, сидерит и рутил.
Бокситы Краснооктябрьского, Аятского и Белинского месторождений 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 промышленным использованием.
В таблице 3 приведен химический состав литологических разновидностей бокситов с указанием месторождения.
Таблица 3 - Состав литологических разновидностей бокситов
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|
|
