Химические и физические основы производства



Nbsp; Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный горный университет»       Отчет по учебно-ознакомительной практике.     Выполнил: студент гр. АПМ-09-2 _____________        /Фёдоров А.Т./                                                                                                   (подпись)                         (Ф.И.О.)   Проверил:                              ____________             /Белоглазов И.И./                                                                                (подпись)                                            (Ф.И.О.)     Санкт-Петербург 2011                                                Содержание   Из истории развития предприятия «Пикалевский глинозем». 3 Химические и физические основы производства. 5 Общие сведения о технологии. 5 Участок приготовления шихты.. 8 Отделение каустификации. 9 Участок спекания. 10 Участок выщелачивания. 13 Участок обескремнивания. 14 Первая стадия обескремнивания. 15 Вторая стадия обескремнивания. 16 Участок карбонизации. 18 Участок кальцинации. 19 Производство соды и поташа. ЗАО ”Метохим”. 19 Получение цемента. 21 Приготовление сырьевого шлама. 21 Помол цемента. 23 Заключение. 24  

Из истории развития предприятия «Пикалевский глинозем»

 

“Пикалевский глинозем”, филиал открытого акционерного общества «Металлург», представляет собой крупный народнохозяйственный комплекс Северо-Запада России, объединяющий горное, металлургическое, химическое производства и производство строительных материалов. Впервые в мировой практике в крупном промышленном масштабе на нашем предприятии освоена безотходная технология комплексной переработки нефелинового концентрата (отходов обогащения апатитовых руд) Кольского полуострова с получением глинозема, соды кальцинированной, поташа, портландцемента, асбестоцементных изделий и галлия.

В 1918 году на Тихвинском уездном съезде Советов было решено: «Намечаемое создание заводов гончарных, огнеупорных изделий, стеклянных, красочных, кирпичеделательных, известко-обжигательных и цементных признать первоочередной задачей».

21 декабря в цехе помола получили первую тысячу тонн цемента. В конце декабря 1949 года первая очередь Пикалевского цементного завода мощностью 90 тысяч тонн цемента была принята правительственной комиссией. В 1950 году пущена вторая технологическая линия, в 1951 - третья. Мощность завода достигла проектной - 280 тысяч тонн цемента в год.

Постановлением Совета Министров от 23.09.59 года предусматривалось расширение Пикалевского цементного завода за счет установки трех новых технологических линий, первая из которых была пущена 19 декабря 1961 года, вторая - 20 сентября 1962 года, а третья - 18 августа 1963 года. Мощность Пикалевского цементного завода достигла 2300 тысяч тонн цемента в год.

Стремление к комплексному использованию сырья явилось основой для создания шиферного производства, решение о строительстве которого было принято в 1945 году. Для производства шифера планировалось использовать пикалевский портландцемент и асбест из Свердловской области. Свою первую продукцию завод выдал в июле 1950 года - волнистый шифер марки ВО.

Для производства глинозема необходим известняк, поэтому в 1954 году было начато строительство известнякового рудника, который в 1956 году выдал первый товарный известняк. В это же время было принято решение и о строительстве теплоэлектроцентрали. Первые киловатты электроэнергии 7 октября 1956 годы поступили в систему Ленэнерго. А в 1959 году на Пикалевском глиноземном заводе был получен первый глинозем.

Все эти предприятия, связанные технологической цепочкой, в 1965 году были объединены - сложился единый промышленный комплекс Пикалевский глиноземный комбинат. С 1968 по1973 год на предприятии совместно с Всесоюзным алюминиево-магниевым институтом впервые в отрасли цветной металлургии была разработана и внедрена первая очередь автоматизированной системы управления технологическими процессами глиноземного производства «Нефелин-1». В 1971 году комбинат был награжден орденом Трудового красного знамени.

В 1976 году на базе Пикалевского глиноземного комбината и Тихвинского (ныне Бокситогорского) глиноземного завода было создано Пикалевское производственное объединение «Глинозем».

В 1992 году была выпущена первая продукция на кирпичном заводе - белитовый кирпич

В настоящее время на предприятии много внимания уделяется развитию производства, повышению качества продукции, коллектив постоянно работает над расширением номенклатуры, улучшением потребительских свойств. Все это позволяет удовлетворить требования самых взыскательных клиентов, постоянно увеличивать отгрузку продукции, в том числе и на экспорт.

На рис. 1 представлена характеристика структур предприятия.

 

Рис. 1 - Характеристика структур предприятия

Химические и физические основы производства

 

На ПО «Глинозем» глинозем получают из нефелинового сырья и известняка. То, что используется нефелиновый концентрат, используют способ спекания.  

Cпособом спекания перерабатывают все виды высококремнистого алюминиевого сырья. Сущность этого способа заключается в переводе кремния из сырья в малорастворимое в щелочных растворах соединение — ортосиликат кальция, а алюминия и железа — в алюминат и феррит натрия при обжиге алюминиевого сырья с содой и известняком.

При спекании смеси алюминиевого сырья с содой и известняком происходят химические реакции между твердыми порошками исходных компонентов при наличии небольшого количества расплава (жидкой фазы). Нефелиновую шихту спекают при 1250—1300° С. Для обеспечения полноты образования алюмината и феррита натрия и двухкальциевого силиката через твердофазные реакции необходим очень тонкий помол исходных сырьевых материалов.

Качество алюминатных спеков определяется содержанием растворимых соеди­нений Аl2O3 и Na2O, пористостью и прочностью. Высокое качество спека может быть получено при соблюдении следующих условий: 1) тонина помола исходных материалов — не более 4—5% фракции более 74 мкм; 2) тщательно перемешанные до гомогенного состояния исходные материалы; 3) температура спекания нефелиновой шихты 1250—1300°С; продолжительность спекания материала при этих температурах 30—40 мин.

Очистка алюминатных растворов от кремния в способе спекания осуществля­ется методом осаждения ГАСН в условиях, способствующих этому переводу (повышение температуры, ввод затравки, перемешивание и т. д.). Таким путем можно осадить из раствора основную часть кремния (с 2—4 до 0,2—0,4 г/л SiO2). Более глубокое выделение кремния осуществляется при вводе в раствор Са(ОН)3 и осаждении гидрогранатов.

 

Общие сведения о технологии

 

Способ спекания включает следующие основные переделы:

1) приготовление шихты; 2) спекание шихты; 3) дробление и выщелачивание алюминатного спека; 4) отделение и промывку шлама;5) обескремнивание алюминатного раствора; 6) карбонизацию раствора, отделение и промывку гидроокиси алюминия; 7) упарку маточного содового раствора; 8) обжиг из­вестняка, гашение извести, каустификацию соды и получение раствора каустика; 9) кальцинацию гидроокиси алюминия.

Нефелины в отличие от бокситов содержат щелочь в достаточ­ном или в близком к достаточному для спекания количестве. По­этому нефелины спекают только с известняком. Недостающее количество щелочи (не более 4% Na2O) вводится в шихту в виде оборотных промывных вод и содощелочного раствора.

В нефелиновом производстве алюминатные растворы перера­батываются в двух ветвях: 1) для получения затравочной Аl(ОН)3 соды и поташа — в содовой ветви и 2) для получения продук­ционной А1(ОН)3 и оборотного содощелочного раствора с α=3,0-3,4, направляемого на выщелачивание спека, — в содо-щелочной ветви.

Подготовка шихты для спекания сводится к дроблению сырья, мокрому размолу его, смешению и корректировке шихты. Особое внимание обращается на тонину помола и тщательное смешение точно сдозированных компонентов шихты. Влажность шихты должна быть минимальной (27—29% для нефелиновой шихты), обеспечивающей ее жидкотекучесть.

Дробление известняка и нефелиновой руды ведут в не­сколько стадий (две — три) в щековых, конусных и молотковых дробилках. Мокрый размол осуществляют в трубных мель­ницах. В нефелиновом производстве нефелин и известняк размалывают раздельно, а затем домалывают вместе, это обусловлено большой разницей в твердости нефелина и изве­стняка.

После размола шихта закачивается в коррекционные, где оконча­тельно доводится до требуемого химического состава.

Соду и поташ получают в нефелиновом производстве политер­мическим упариванием карбонатного раствора. Сначала его под­вергают концентрационной выпарке в многокорпусной батарее, состоящей из аппаратов большой производительности с естествен­ной циркуляцией. Упаренный раствор после растворения в нем двойной соли, которая получается на последующих операциях, направляют на вторую выпарку, которая, как и все последующие, производится в аппаратах с принудительной циркуляцией. Во время этой выпарки из раствора выделяется сода, которую отде­ляют от раствора в сгустителях и на центрифугах и после сушки во вращающихся печах отгружают на склад. Раствор, оставшийся после отделения соды, упаривают третий раз, выделяя из него двойную соль Na2СО3-К2СО3, которую отделяют от раствора в сгустителях и затем растворяют в растворе, полученном после первой выпарки. Осветленный раствор упаривают в четвертый, последний раз, и из полученной пульпы выделяют поташ. Товар­ный поташ представляет собой либо полутораводную соль (К2СО3-1,5Н2O), если он получен в результате его отделенияотраствора на центрифугах, либо безводную соль — после прокалки в печах.Из маточных растворов после отделения поташа и из осадков второй стадии карбонизации алюминатных растворов извлекают галлий. Белитовый шлам нефелинового производства поступает на получение цемента.

Технологическая последовательность производства приведена на рис. 2.

Рис. 2 - Технологическая последовательность производства

Участок приготовления шихты

 

В состав шихты входят: нефелин, известняк, оборотные про­дукты и при недостатке щелочей в нефелине - оборотный содо-поташный раствор.

Прибывающий на завод нефелиновый концентрат разгружают из вагонов в параболические бункера приемного склада, из которых системой транспортных средств концентрат подается в бункера отделения размола или в силосы для хранения.

Нефелиновая руда и известняк в зависимости от их влажности и твердости дробятся в одну, две и реже три стадии в молотковых, щековых и конусных дробилках. Размол ведут в много­камерных шаровых мельницах, работающих в открытом цикле в две стадии.

Первая стадия - раздельный размол известняка и нефелино­вой руды, вторая - совместный размол с целью тщательного смешивания измельченных в первой стадии продуктов и дополнительное доизмельчение.

Из мельниц шихта поступает в коррекционные бассейны, где производят корректировку ее состава, исходя из соотношений ос­новных компонентов. Влажность шихты поддерживается в пределах 29-30 %. Готовая паспортная шихта подается в сборные бассейны, откуда поступает на спекание.

Требования к качеству шихты определяются последующей операцией спекания, различными свойствами ее приготовления и хранения.

На следующей странице представлена технологическая схема приготовления шихты на ПО «Глинозем». Как можно видеть из нее, известняк перед вхождением в состав пульпы подвергается нескольким стадиям дробления и измельчения. После этого образуется известняковая пульпа, собираемая затем в сборных бассейнах пульпы. После этого и известняк и нефелиновый концентрат, прошедший стадию репульпации, отправляются на мельницу домола, где происходит их доизмельчение и перемешивание. После домола получившаяся смесь отправляется в сборные коррекционные бассейны, где происходит корректировка состава шихты, если это необходимо. Получившуюся готовую шихту отправляют на спекание. 

Основное техническое оборудование на участке приготовления шихты – это транспортеры, доставляющие нефелиновый концентрат и известняк к месту назначения, различные виды дробилок, мельницы, репульпаторы и сборные бассейны. 

Схема приготовления шихты на ПО «Глинозем» приведена на рис. 3.

Рис. 3 - Схема приготовления шихты на ПО «Глинозем»

Отделение каустификации

 

На ПО «Глинозем» известняк также проходит стадию каустификации. Она решает задачи обжига известняка и производства готовой извести, а также известкового молока и раствора. Технологическая схема каустификации приведена на рис. 4.

                   

Рис. 4 - Технологическая схема каустификации

Участок спекания

 

Спекание — это процесс обжига смеси (шихты) из тонкоизмель­ченных мокрым способом сырьевых материалов — высококремнистого алюминиевого сырья, известняка и соды с по­лучением спека с заданными минералогическим со­ставом и физическими свойствами. Цель спекания заключается в переводе оксида алюминия в хорошо растворимый алюминат натрия, а двуокиси кремния — в малорастворимый двухкальциевый силикат. Спек должен характеризоваться максимальным содержанием алюминатов и фер­ритов натрия и ортосиликата кальция, а также прочной и пористой структурой, обеспечивающей максимальную степень выщелачивания полезных компонентов (Аl2О3 и Na2O) и минимальную сте­пень разложения ортосиликата кальция с получением шлама после выщелачивания, легко отделяемого от алюминатного раствора и промываемого.                                    

Нагрев и обжиг смеси порошкообразных материалов (шихты) можно осуществлять в различных непрерывно действующих печ­ных аппаратах. В настоящее время в мировой практике спекания глиноземсодержащих шихт применяются только вращающиеся барабанные печи.

В практике глиноземного производства шихту для спекания (подают в печь только в виде пульпы (мокрая шихта) влажностью 27—29% (нефелиновая шихта). Нефелино­вую шихту, в которой обычно содержится не более 4% свободной щелочи, подают в холодный конец печи наливом.

Спекание - высокотемпературный обжиг шихты, при котором происходят химические реакции между твердыми порошками исходных компонентов при наличии небольшого количества жидкой фазы. Процесс осуществляют при температуре 1250-1300°С в трубчатой вращающейся печи с диаметром 3-5 м, длиной до 200м. В результате этой операции образуется спек, состоящий из алюмината натрия (калия), двукальциевого силиката и некоторых других соединений.

Температура материала и газов в печи спекания изменяется на последовательно проходящих этапах технологического процес­са: обезвоживание шихты, нагрев материала, диссоциация извест­няка, образование спека и его охлаждение. Температура материала повышается от начальной до темпера­туры спекообразования, а в конце печи несколько понижается, Температура газообразных продуктов горения топлива снижается от 1500 °С в горячем конце печи до 200-320 °С на выходе из нее.

Пульпа в печь подается наливом. Зона сушки в печи имеет развитую поверхность теплообмена за счет цепной завесы в хо­лодном конце печи. Топливом для печей служит малосернистый ма­зут или газ. Мазут с температурой 90°С подается в печь меха­нической форсункой или может распыляться паром.

Охлаждение спека (от 1100 до 100OC) осуществляется во вра­щающемся барабанном холодильнике водой, орошающей холодильник снаружи, и воздухом, продуваемым через него, или в колосниковом холодильнике воздухом, продуваемым через слой спека.

Охлажденный спек из холодильника по печке пересыпается на транспортер, которым подается в отделение дробления. На выходе из холодильника крупные куски спека (более 80 мм) с помощью сортирующих решеток отделяются от ссыльной массы опека и дробятся в молотковых дробилках. Между колосниками имеются зазоры в 5 мм, через которые мелкий спек пересыпается в подколосниковое пространство. Этот спек транспортируется к разгрузочному концу холодильника транспортерами просыпи. Сверху холодильник закрыт металлическим кожухом, футерованным изнутри жароупорным бетоном.

Отрицательное влияние на качество спека оказывают соединения серы: при повышенном содержании серы в шихте и топливе снижается пористость спека, а также извлечение из него глинозема и щелочей при выщелачивании.

Удаление дымовых газов и пылеулавливание осуществляются системой газоочистки, состоящей из пылевой камеры, батарейного циклона, электрофильтра, дымососа и в некоторых случаях - скруббера, орошаемого водой.

Улавливаемая пыль, составляющая 10-30 % от массы спека, возвращается в печь: тонкая - через пылевую трубу в зону факела горения топлива, что способствует поддержанию нормального тепло­вого и технологического режима работы печи; грубая - с холодного конца печи.

Очищенные газы частично выбрасываются в атмосферу, а час­тично после дополнительной очистки используются для карбониза­ции. Принципиальная аппаратурная схема процесса спекания глиноземсодержащих шихт.

        

 

Рис.5 - Принципиальная аппаратурная схема процесса спекания глиноземсодержащих шихт. (1 — узел подачи шихты;  2 — вращающаяся печь; 3 — барабанный холодильник;  4 — транспортер для спека; 5 — пылевая камера; 6 — горячая головка печи с форсунками; 7 — групповые циклоны; 8 — электрофильтр; 9 — дымосос; 10 — камерные пневмати­ческие насосы; 11 — циклон; 12 — вентилятор горячего воздуха; 13 — вентиляторы первичного воздуха; 14 — элеватор для крупной пыли; 15 — бункер для технологической пыли; 16 — секционный питатель; 17 — коллектор холодной воды; 18 — сборник теплой воды).

Участок выщелачивания

Выщелачивание спека совмещено с его размолом. Спек дробится до крупности 15—25 мм и поступает в мельницы. Для размола применяют шаровые мельницы, работающие в замкнутом цикле с классификаторами, и стержневые мельницы, работающие в открытом цикле.

Размол происходит в среде оборотного раствора, который готовится смешением содощелочного раствора из отделения карбонизации с промводой от промывки нефелинового шлама.

Основные требования к размолу - однородность выходящего из мельницы материала и минимальное содержание в нем мелких фракций, так как с повышением содержания крупных фракций расчет недоизвлечение из спека глинозема и щелочи, при переизмельчении же спека увеличиваются вторичные потери Al2O3 и Na2О, а также снижается скорость последующей фильтрации шлама. С повышением содержания соды в сфере выщелачивания извлечение Al2O3 из спека возрастает, однако одновременно увеличивается расход извести на обескремнивание и количество образующегося белого шлама.

Продуктом выщелачивания спека в мельницах является пульпа, состоящая из алюминатного раствора и нефелинового шлама.

Подлежащая фильтрации пульпа поступает в чан по загрузочной трубе. Под действием вакуума раствор через фильтровальную ткань поступает во внутреннее пространство фильтровальных патронов и выводится из фильтра-сгустителя через распределительную головку по трубе. Патроны каждой секции через коллектор сообщаются с распределительной головкой, с помощью которой автоматически подключаются то к линии вакуума, то к линии сжатою воздуха и наоборот. При переключении той или иной секции от линии вакуума к линии сжатого воздуха осевший на поверхности патронов шлам отдувается и падает на дно чана. Здесь шлам мешалкой перегребается к центральному разгрузочному отверстию чана. Под конусом фильтра-cгустителя установлен шнек для разгрузки аппарата.

Фильтрующая поверхность патронов полностью погружена в жидкость, что обеспечивает высокую производительность аппарата и небольшие затраты энергии на создание вакуума. Кроме того, фильтровальную ткань на патронах каждой секции можно менять, не останавливая весь фильтр.

Однако наряду с этими достоинствами фильтры-сгустители имеют существенные недостатки: значительные трудовые затраты на обслуживание, неблагоприятные условия труда, большой расход фильтровальной ткани и небольшая степень уплотнения шлама, чем вызывается необходимость в многократной его промывке.

Пульпа из мельницы поступает в фильтр-сгуститель основной фильтрации, фильтрат из которого направляется на обескремнивание, а сгущенный шлам — на многократную промывку в системе фильтров-сгустителей. Перед поступлением в фильтр-сгуститель шлам в репульпаторах смешивается с промводой (фильтратом), получаемой в следующем (по ходу шлама) аппарате, чем достигается принцип противотока при промывке. Шлам, поступающий в последний аппарат промывочной цепи, смешивается с горячей водой.

Промытый шлам насосами перекачивается в шламовые бассейны цементного завода. Крепкая промвода из первого аппарата используется для приготовления оборотного раствора, идущего на выщелачивание спека. Перед подачей в цементное производство шлам может быть подвергнут дополнительному размолу в мельницах домола, чтобы повысить его жидкотекучесть и облегчить транспортирование по шламопроводам. Общее содержание щелочи в шламе в пересчете на Na2O должно быть не более 2%, а содержание отмываемой щелочи не более 0,5%.

В процессе работы фильтровальная ткань фильтров-сгустителей постепенно зарастает цементирующимся осадком. Капроновая ткань на основной фильтрации работает до 24 ч, после чего ее подвергают регенерации. Для этого отдельные секции вынимают из чана и промывают слабым раствором соляной кислоты и водой.

При эксплуатации фильтров-сгустителей регистрируют и контролируют вакуум в системе, давление сжатого воздуха, концентрацию алюминатного раствора и содержание в нем твердого, расход воды на промывку шлама, содержание щелочи в промытом шламе, ж:т в сгущенном шламе.

 

Участок обескремнивания

 

Схема отделения обескремнивания приведена на рис. 6.

Рис. 6 – Схема отделения обескремнивания

 

После выщелачивания алюминатных спеков образующиеся алюминатные растворы пересыщены кремнеземом: концентрация SiO2 в них в несколько раз превышает равновесную концентрацию. Поэтому на заводе проводят процесс обескремневания, схема которого можно увидеть на предыдущей странице. Процесс идет в две стадии.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 281; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ