Проект участка получения чернового галлия в условиях АО «Алюминий Казахстана»

 

4.1.4 Фильтр ЛВАЖ–125. Фильтр листовой вертикальный автоматизированный с жидкостным смывом осадка марки ЛВАЖ, относится к фильтрам периодического действия, работающим под давлением, предназначен для контрольной фильтрации раствора.

Фильтр представляет собой цилиндрический сварной сосуд с коническим днищем и эллиптической откидной крышкой. Открывание крышки производится при помощи пневмоцилиндра. Уплотнение корпуса с крышкой создается резиновой прокладкой, установленной в паз фланца корпуса. Соединение фланца корпуса и крышки, а также зажим прокладки осуществляется при помощи байонетного кольца. Поворот кольца производится двумя пневмоцилиндрами. Устройство фильтра ЛВАЖ–125 представлено на рисунке 4.2.

Основным рабочим элементом  является рама, изготовленная из стали  желобообразного профиля со щелью  обращенной внутрь, в которую вставлена  стальная сетка. Рама через штуцер сообщается с соответствующим гнездом коллектора фильтра.

В качестве фильтрующей поверхности  используется фильтровальная  ткань (полипропилен), который мешком одевается  сверху на раму. Снизу мешок заваривается с помощью теплового пистолета. Для предотвращения пропуска твердых частиц в соединении рамы со стаканом, на патрубок приемного стакана надевается капроновый чулок, который охватывает бобышку рамы и приемный стакан и завязывается с обеих сторон.

В процессе фильтрации на фильтровальных рамах образуется слой осадка, а фильтрат из каждой фильтровальной рамы отводится в общий коллектор, расположенный в нижней части корпуса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А – подача и слив суспензии, Б – выгрузка осадка; В – подача жидкости смыва осадка, Г – выпуск воздуха, Д – выход фильтрата

 

Рисунок 4.2 – Фильтр ЛВАЖ–125

 

Слой осадка после окончания  процесса фильтрации смывается с  поверхности фильтровальных рам  при помощи трубы гидросмыва, установленной  в середине корпуса. Труба получает вращательно-поступательное движение от привода.

Фильтр снабжен штуцерами  для присоединения технологических  трубопроводов, коллекторов и запорной арматуры, установки контрольно-измерительных  приборов и предохранительного клапана.

4.1.5 Вакуум-фильтры БОУ–5. Фильтр состоит из горизонтального цилиндрического перфорированного барабана покрытого снаружи металлической фильтровальной сеткой П52. Металлическая сетка закрепляется на барабане с помощью проволоки диаметром три–четыре мм. Барабан вращается вокруг своей оси на цапфах и на 30¸40 % своей поверхности погружен в содовую пульпу, находящуюся в корыте фильтра.

Поверхность барабана разделена  по его образующим на ряд прямоугольных  ячеек, изолированных одна от другой. Ячейки при вращении барабана присоединяются в определённой последовательности к зоне вакуума и сжатого воздуха. Каждая ячейка соединяется трубкой с различными полостями неподвижной части распределительного устройства (распредголовки).  При этом ячейка проходит последовательно зоны фильтрации, сушки, промывки, второй сушки, удаления осадка и регенерации ткани.

В зоне фильтрации ячейка соприкасается с содовой  пульпой, находящейся в корыте и  соединяется с трубкой через  распредголовку с зоной вакуума. При этом фильтрат (жидкая фаза содовой  пульпы ) через трубку и распредголовку уходит в рессивер, а на поверхности ячейки образуется осадок соды. В зонах сушки и промывки осадка ячейки барабана также соединены с зоной вакуума.

В зоне удаления осадка ячейка сообщается с зоной сжатого воздуха на распредголовке. Под действием сжатого  воздуха содовый осадок отделяется от фильтровальной сетки, после чего скользит по поверхности ножа и по течке поступает в мешалку растворения соды.

В зоне регенерации фильтровальная сетка продувается сжатым воздухом в направлении, противоположном  направлению движения фильтрата сквозь сетку.

Распределительное устройство (распредголовка) барабанного в/фильтра, служит для последовательного соединения каждой ячейки с источниками вакуума  и сжатого воздуха. Распредголовка с помощью специального устройства крепится к цапфам барабана. Вращающаяся цапфа с трубками, присоединенными к ячейкам фильтра, имеет на конце шайбу с отверстиями. Неподвижный корпус распредголовки снабжен укрепленной на нем съемной шайбой, причем корпус и шайба имеют совпадающие прорези. При вращении барабана каждая ячейка с помощью трубки через отверстие в шайбе последовательно соединяются с прорезями в неподвижной шайбе распредголовки. Каждая полость распредголовки соединена с помощью трубопроводов с вакуумной системой.

Цапфы барабана установлены  на подшипники скольжения с чугунными вкладышами. Для поддержания твердой фазы содовой пульпы во взвешенном состоянии в корыте фильтра установлена мешалка.

Барабан приводится во вращение электродвигателем  через клиноременную передачу и  трехскоростной редуктор – вариатор, соединенный с цапфой барабана зубчатой передачей.

Фильтрация под вакуумом представляет собой процесс отделения твердых  частиц от жидкости, происходящей при  разности давления над и под фильтрующей  средой.

При фильтровании на барабанном вакуум–фильтре, разность давления создается вакуум–насосом. Фильтрующей средой на барабанном вакуум-фильтре является фильтровальная ткань и слой осадка, налипающий на ткань, в порах которой частички осадка задерживаются и создают добавочный фильтрующий слой. При продолжении фильтрования этот слой увеличивается и представляет собой главную часть фильтрующей среды, а назначение ткани сводится только к поддерживанию фильтрующего слоя. Таким образом, при фильтровании происходит два процесса:

- протекание жидкости через пористую массу;

- сбрасывание пористой массы или слоя осадка.

Эти процессы непрерывно меняются, так  как с увеличением толщины  слоя осадка уменьшается скорость протекания жидкости (фильтрата). На основании  теоретических и экспериментальных  работ многими исследователями были предложены различные уравнения, характеризующие процесс фильтрования суспензии. Скорость фильтрования может быть увеличена за счет уменьшения вязкости фильтрата, которая, как известно, является функцией температуры. Подогревание суспензии с целью уменьшения вязкости фильтрата и соответственно увеличения скорости фильтрования широко применяются в различных отраслях промышленности.

4.1.6 Цементатор. Цементатор представляет собой цилиндрическую емкость диаметром 1600 мм и высотой 1600 мм с мешалкой пропеллерного типа. Днище цементатора футеровано транспортерной лентой или листовым винипластом толщиной 20 мм. Днище крепится к корпусу посредством фланца [9]. Для предотвращения контакта галлиевой основы с металлическими стенками корпуса, внутрь вставлено распорное кольцо, покрытое слоем полуэбонита. Кольцо (верхом) упирается в отбойник, приваренный в нижней части корпуса и днище цементатора. Герметичность соединения достигается путем стягивания днища аппарата с фланцем корпуса. Для контроля над процессом на днище цементатора проложен электрод из молибденовой проволоки диаметром 2 мм, измеряющий изменение потенциала галламы, и передающий показания на приборы. В нижней части корпуса над отбойником врезан клапан для опорожнения цементатора. На крышке цементатора расположен привод перемешивающего устройства, дозатор гранулированного алюминия и патрубки подачи раствора и подключения аппарата к вытяжной системе. Привод перемешивающего устройства двухступенчатый клиноременный редуктор, состоящий из промежуточного и центрального валов, на которых установлены шкивы, соединенные между собой клиновыми текстропными ремнями. Передаточное число редуктора i=11¸12, что обеспечивает обороты пропеллера перемешивающего устройства 80¸90 мин^-1. К нижнему выходному концу центрального вала посредством резьбового соединения присоединяется труба перемешивающего устройства. Для предотвращения самопроизвольного отворачивания труба законтрогаена. К нижнему концу трубы, имеющему соединительный фланец, прикреплен пропеллер. Диаметр пропеллера 900–1000 мм, угол наклона лопастей 45⁰.

Цементатор заполняется  нагретым раствором, при остановленном  перемешивании заливается металлический  галлий в качестве основы для образования  галламы и производится загрузка гранулированного алюминия. При растворении алюминия в галламе потенциал галламы возрастает до максимального значения и затем начинает снижаться. При снижении потенциала до значения близкого к потенциалу галлия производится автоматическая загрузка порции гранулированного алюминия. Дозирование гранулированного алюминия ведется автоматическим дозатором вибрационного типа. Дозатор состоит из бункера, вибролотка и лопатки с противовесом и системой блокировки повторной загрузки. При поступлении сигнала на загрузку алюминия включается вибратор, соединенный с лотком, расположенным под бункером, заполненным алюминием. Гранулы алюминия, перемещаясь по вибрирующему наклонному лотку, попадают в загрузочную лопатку. При превышении силы тяжести гранул алюминия в лопатке над силой электромагнита удерживающего лопатку от опрокидывания и веса противовеса происходит выгрузка алюминия в цементатор. При этом с помощью геркона происходит включение в работу катушки, удерживающей лопатку в наклонном положении и блокирующей повторную загрузку.

 

5 Расчетная часть

 

 

5.1 Расчет материального баланса

 

На участок ХМЦ поступает  с ГМЦ слив содоотстойников (оборотный  раствор).

Исходные данные: Na₂O_ку = 216 г/л; Na₂O_кб = 20 г/л; SO₃ = 10,5 г/л; Ga = 0,3; Cl = 70 г/л; V₂O₅ = 0,6 г/л; Al₂O₃ =120 г/л; α_общ.к = 3; CO₂ = 14г/л.

Плотность раствора поступающий на 1 стадию упаривания ρ = 1,4 г/см³ = 1400г/л, отсюда мы можем найти H₂O (воду)

 

H₂O = ρ – Na₂O_ку – Na₂O_кб – SO₃ – Cl – V₂O₅ – Al₂O₃ – α_общ.к – CO₂

 

H₂O = 1400 – 216 – 20 – 10,5 – 0,3 – 70– 2,6 –120 – 2,96 – 14 = 943,64 г/л.

 

Согласно данным предприятия для  получения 17 т/г Ga необходимо

44,1 м³/час оборотного раствора с выпарки.

Тогда в год необходимо

 

41,1 ·24 ·365 = 360036 м³ в год.

 

Для получения 1 т Ga необходимо оборотного раствора

 

360036 /17 = 21178,58 м³ – оборотного раствора в котором содержится

 

Na₂O_ку = 216·21178,58 = 4574573,28 кг;

 

Na₂O_кб = 20·21178,58 = 423571,6 кг;

 

SO₃ = 10,5 · 21178,58 = 222375,09 кг;

 

Ga = 0,3 · 21178,58 = 6353,57 кг;

 

Cl = 70 · 21178,58 = 1482500,6 кг;

 

V₂O₅ = 2,6 · 21178,58 = 55064,31 кг;

 

α_общ.к = 2,96 · 21178,58 = 62688,59 кг;

 

Al₂O₃ = 120 · 21178,58 = 2541429,6 кг;

 

CO₂ = 14 · 21178,58 = 296500,12 кг;

 

H₂O = 943,64 · 21178,58 = 19984955,23 кг.

 

Согласно данным количество выпаренной воды H₂O = с 1 м³ оборота, то тогда необходимо выпарить

 

21178,58 – H₂O х

1 м   – 0,32 м³,

 

= 6777,14 м³ H₂O.

 

Таблица 5.1 – I стадия упаривания

 

Компоненты	Получено, кг	Количество выпаренной воды, кг	Пульпа по разности, кг
Na2Oку	4574573,28	–	4574573,28
Na2Oкб	423571,6	–	423571,6
SO3	222375,09	–	222375,09
Ga	6353,57	–	6353,57
Cl	1482500,6	–	1482500,6
V2O5	55064,31	–	55064,31
Al2O3	2541429,6	–	2541429,6
CO2	296500,12	–	296500,12
H2O	19984955,23	6777,14	19991732,37
Всего	29587323,4	6777,14	29594100,54

 

После I стадии упаривания получается 26,1 м³/час, в котором содержатся следующие компоненты

 

26,1 · 24 · 365 = 228636 м³.

 

Для получения 1 т Ga необходимо оборотного раствора 228636 / 17 = 13449,1 м³ – упаренный раствор состава, кг:

Na2Oку	342,43 ·13449,1 = 4605375,31;
Na2Oкб	31,09·13449,1 = 418132,52;
SO3	13,9 · 13449,1 = 186942,49;
Ga	0,46 · 13449,1 = 6186,586;
Cl	110,23 · 13449,1 = 1482494,2 9;
V2O5	1,08 · 13449,1 = 13450,18;
Al2O3	190,11 · 13449,1 = 2556808,40;
CO2	18,9 · 13449,1 = 254187,89;
H2O	801,8 · 13449,1 = 10783488,38.

 

  г/л СО₂.

 

Согласно данным на сгущение, после I стадии упаривания получается 20,9 м³/час, в котором содержится

 

20,9 · 365 · 24 = 183084 м³.

 

Для получения 1 т. Ga необходимо упаренного раствора

 

183084 /17 = 10769,6 м³.

 

В этом количестве содержится, г/л:

Na₂O_ку = 345;

Na₂O_кб = 29;

SO₃ = 8,5;

Cl = 78,6;

Al₂O₃ =178.

Зная Na₂O_кб = 28 г/л, можем найти CO₂

 

  г/л CO₂.

 

Плотность раствора ρ = 1,51 г/см³ = 1510 г/л. Слив сгустителя находим следующим образом, г/л:

Na2Oку	345 ·10769,6 = 3715512;
Na2Oкб	29·10769,6 = 312318,4;
SO3	8,5 · 10769,6 = 91541,6;
Cl	78,6 · 10769,6 = 846490,58;
Al2O3	178 · 10769,6 = 1916988,8;
CO2	20,58 · 10769,6 = 221638,37.

 

Зная плотность мы можем найти  H₂O, кг:

 

1510 · 10769,6 = 16262096

 

H₂O   16262096 – 3715512 – 312318,4 – 91541,6 – 846490,58 – 1916988,8 – 221638,37 = 9157606,25.

 

Ga и V₂O₅ поступает после упаривания на сгущенную пульпу.

 

 

 

 

 

Таблица 5.2 – Сгущение

 

Компоненты	Пульпа по разнице, кг	Сгущенная пульпа, кг	Слив сгустителя, кг
Na2Oку	4605375,31	889863,31	3715512
Na2Oкб	418132,52	105814,12	312318,4
SO3	186942,49	95400,89	91541,6
Ga	6186,586	6186,586	–
Cl	1482494,29	636003,71	846490,58
V2O5	13450,18	13450,18	–
Al2O3	2556808,40	639879,6	1916988,8
CO2	254187,99	32549,62	221638,37
H2O	10783488,38	1625882,13	9157606,25
Всего	29592592,68	13330496,68	16262096