ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧёТА ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА И ТВёРДЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _____________________________________2012, том 55, №3__________________________________

МЕТАЛЛУРГИЯ

УДК 669.054:669.071

Н.П.Мухамедиев, Б.С.Азизов, Дж.Р.Рузиев, член-корреспондент АН Республики Таджикистан Х.Сафиев

ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЁТА ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА И ТВЁРДЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ

Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии»

ГУП «ТАлКо»

В работе приведён вывод формул для расчёта содержания компонентов в составе электролита и твёрдых отходов производства алюминия, основанный на результатах анализа содержания их компонентов - химических элементов и ионов. Полученные формулы дают возможность рассчитать содержание криолита, глинозёма, сульфатов, карбонатов, оксидов и фторидов щелочных и щелочноземельных металлов в сырьевых компонентах, используемых при производстве алюминия.

Ключевые слова: производство алюминия - электролит -фторсодержащие отходы - формулы расчёта содержания веществ.

Большинство методов химического анализа даёт возможность определения содержания того или иного элемента или иона в пробе, но не дает непосредственных сведений о содержании соединений в их составе. Для качественного или количественного определения содержания соединений в пробе обычно используют более совершенные методы анализа, в том числе РФА. В производственных условиях, как правило, нет возможности и необходимости проведения таких сложных анализов. Поэтому вывод формул, которые позволили бы хоть и с ограниченной точностью оперативно и экономично, не прибегая к дорогостоящим анализам, установить содержание соединений в пробе, является важной задачей промышленной аналитической службы.

В работе [1] приведён вывод ряда уравнений, используемых для построения графиков, номограмм и расчёта содержания веществ по различным химико-технологическим производствам.

В работе [2] нами была сделана первая попытка вывода аналогичных уравнений для расчёта содержания двух или трёх соединений в составе твёрдых глинозём-, фторсодержащих отходов производства алюминия. Однако эти уравнения не дают возможности установления расчётным путём большего числа соединений в составе этих веществ.

Целью данной работы являлась разработка более универсальных формул для расчёта вещественного состава сырья и отходов производства алюминия.

Обозначив общее содержание элементов и ионов в шламе и криолит-глинозёмном концентрате (КГК) следующим образом СЫа, СА1, Ср , Сж , Ссо , Снсс^ , а их содержание в соединениях: NaзAlF6 Al2Oз NaF Na2SO4 Ш2Ш3 NaHCOз Na2O

Адрес для корреспонденции: Сафиев Хайдар. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Х.Хакимзаде, 17, Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии» ГУП «ТАлКо». E-mail: inmet.talco@mail.ru; h.safiev@mail.ru

а Ь с d е f g И і ) к 1 т п о

можно записать:

СЫа = а + / + Ь + І + О + Ч (1)

См = Ь + ё (2)

СР = с + # (3)

С,оГ = * (4)

СсоГ = к (5)

С = т. нсоз (6)

Исходя из содержания этих элементов и ионов в составе молекул (мас.%), можно определить их соотношение в составе этих веществ:

КазАШб АЬОз КаР №2804 ^СОз КаИСОз ^О

33 13 54 53 47 55 45 32 68 43 57 27 73 74 26

а=2.54Ь=0.61с (7)

Ь=0.39а=0.24с (8)

с=1.64а=4.15Ь (9)

f=1.22g (10)

ё=0-82/ (11)

й=0.47/ (12)

/=2.13Л (13)

7=0.75^ (14)

k=1.33j (15)

1=0.37т (16)

т=2.71 (17)

п=2.85о (18)

о=0.35«. (19)

Обычно в составе шлама

Л+/+/=0.35С№, (20)

а в составе КГК

Л+«=0.39С№. (21)

Считая в среднем эту сумму равной 0.37С№, можно записать

а+/=0.63С№. (22)

Аналогично для содержания А1 и Б в шламе и КГК

Ь+ё=См (23)

c+g=CF. (24)

Исходя из равенств (7) и (8) в уравнениях (22) и (23), заменяем а и Ь на с, а исходя из равенства (11), в уравнении (24) g заменяем на/

0.61с +/=0.63С№ (25)

0.24с+^=Са1 (26)

с+0.82т=Ср. (27)

Решая уравнение (27) относительно с, получаем: с=Ср -0.82/

Подставляя значение с в уравнения (25) и (26), получаем:

0.61(Ср -0.82/1+^0.63 С№

0.24(Ср -0.82/)+й=СА1.

или

0.61Ср +0.5/=0.63С№

0.24Ср -0.2/+^=Са1.

Решая уравнения (31) относительно / получаем:

0.5/=0.63Ска-0.61Ср

или

/=1.26Ска-1.22Ср.

Подставляя значение / в равенство (11) и уравнение (32), получаем: £=0.82( 1.26Ска-1.22Ср) =1.03Ска-Ср

0.24СР -0.2(1.26СКа-1.22СР)+й= 0.48СР-0.25СКа+й = Са1. Решая уравнение (36) относительно й, получаем: й = Са1- 0.48Ср+0.25Ска.

Подставляя значения / в уравнение (27), получаем: с+0.82(1.26Ска-1.22Ср)=с+1.03Ска-Ср=Ср

или

С=2Ср - 1.03Ска.

Подставляя значение с в равенства (7) и (8), получаем: а=0.61(2Ср - 1.03Ска) = 1.22Ср - 0.63С№

Ь=0.24(2Ср - 1.03Ска) = 0.48Ср - 0.25С№.

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

(41)

Исходя из полученных значений, можно определить содержание веществ в шламе и КГК: d

C

с

0.53

а Ь с

Ыа3 Л№6

с =

0.33 0.13 0.54

/ 8

с

0.55 0.45

/

с

к

1^а2с°3 057

с

с =

т

'3 = 0.73 п

0.74

(42)

(43)

(44)

(45)

(46)

(47)

(48)

где цифры в знаменателе показывают долевое содержание А1, Ыа , ¥ , .О^ , СО^ и НС03 в этих соединениях.

В качестве примера, исходя из результатов химического анализа содержания элементов и ионов в них (табл. 1), можно рассчитать содержание этих соединений в шламе и КГК.

Таблица 1

Содержание элементов и ионов в шламе и КГК по результатам химического анализа, мас.%

А1 Ыа ¥ ¿0?“ со2- НСО-

Ш КГК Ш КГК Ш КГК Ш КГК Ш КГК Ш КГК

17.99 25.3 17.08 23.76 16.21 19.77 5.67 1.89 2.45 0 1.45 0

I. Для шлама, мас.%:

а=1.22СР - 0.63С№=1.22-16.21-0.63-17.08=9.0 6=0.48Ср - 0.25С№ =0.48-16.21-0.25-17.08=3.51 с=2Ср - 1.03С№ =2-16.21-1.03-17.08=14.8 й = СА1- 0.48СР+0.25С№ =17.99-0.48-16.21+0.25-17.08=14.5 у=1.26С№-1.22СР =1.26-17.08-1.22-16.21 = 1.79

£=1.03С№-Ср=1.03-17.08-16.21=1.3.

Тогда содержание веществ в шламе будет, мас.%:

^ 4 14.5 _

СА10 = = = 27 36

С =--------------------= —:— = 27 27

СЫа,А¥ 2/.2/

СЫа,А¥ = = = 2692

С =----= —— = 27 4

СЫа3 А1¥6 27.4

С =

СЫа¥

С =

СЫа¥

СЫа0 =---------=-------= 8.34

2 4 0.68 0.68

С = к = 245 =43

Ыа2<С° 0.57 0.57 .

С = т = 145 = 2 0

ЫаНС° 0.73 0.73 . .

II. Для КГК, мас.%

а=1.22СР - 0.63С№=1.22-19.77-0.63-23.76=9.2

0.53 0.53

а 9.0

0.33 0.33

Ь 3.5

0.13 0.13

с 14.8

0.54 0.54

/ 1.79

0.55 0.55 '

13

0.45 0.45

і 5.67

0.68 0.68

к 2.45

0.57 0.57

т 1.45

6=0.48Ср - 0.25 С№ =0.48-19.77-0.25-23.76=3.55 с=2С? - 1.03С№ =2-19.77-1.03-23.76=15.1 й = См- 0.48Сг+0.25С№ =25.3-0.48-19.77+0.25-23.76=21.74 Т=1.26Ска-1.22Ср =1.26-23.76-1.22-19.77 = 5.8

£=1.03С№-Ср=1.03-23.76-19.77=4.7.

Тогда содержание веществ в КГК будет, мас.%: С^= = 21:21 = 41.0

С =_______________=_____:__= 27 9

СЫ^Л!К 27:9

С =_______________= —______= 27 3

СЫ^Л!К 27:3

Сзд=---= — = 27 . 96

С =

С =

СЫа.,80, = = = 2:78

0.53 0.53

а 9.2

0.33 0.33

Ь 3.55

0.13 0.13

с 15.1

0.54 0.54

/ 5.8

0.55 0.55 '

4.7

0.45 0.45 '

/ 1.89

0.68 0.68

п 7.86

0.74 0.74

С_ =------------= —— = 10.6.

2

В табл.2 приведены расчётные значения содержания веществ в шламе (Ш) и КГК, а также определённое расчётом и химическим анализом содержание элементов и ионов в них.

Таблица 2

Содержание веществ в шламе (Ш) и КГК, а также элементов и ионов в них (мас.%)

Вещества Содержание Л1 N8 Г .02- со\- ИС03

Ш КГК Ш КГК Ш КГК Ш КГК Ш КГК Ш КГК Ш КГК

Л1203 27.36 41.0 14.5 21.7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

№3Л1Г6 27.19 27.72 3.5 3.55 9.0 9.2 14.8 15.1 0 0 0 0 0 0

№2804 8.34 2.78 0 0 2.69 0.9 0 0 5.71 1.9 0 0 0 0

№2С03 4.3 0 0 0 1.85 0 0 0 0 0 2.45 0 0 0

МаИСОз 2.0 0 0 0 0.54 0 0 0 0 0 0 0 1.46 1.46

N8? 3.07 10.45 0 0 1.79 5.8 1.8 5.8 0 0 0 0 0 0

№20 0 10.6 0 0 0 7.86 0 0 0 0 0 0 0 0

Итого (расчёт): 72.26 92.55 18.0 25.25 15.87 23.76 16.6 20.9 5.71 1.9 2.45 0 1.46 0

Итого (анализ): - - 18.0 25.3 17.1 23.76 16.2 19.77 5.67 1.89 2.45 0 1.45 0

Данные таблицы показывают, что полученные обоими методами значения хорошо согласуются между собой, что позволяет сделать вывод о применимости выведенных формул для целей оперативного контроля и управления технологическими процессами в производстве алюминия.

Поступило 11.01.2012 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Мельник Б.Д. Инженерный справочник по технологии неорганических веществ. - М.: Химия, 1975,544с.

2. Труды Технологического университета Таджикистана, вып. XI - Душанбе: Ирфон, 2005, 570 с.

Н.П.Мухамедиев, Б.С.Азизов, Ч,.Р.Рузиев, ^.Сафиев

МУОДИЛА^О БАРОИ ^ИСОБИ МИЦДОРИ МОДДА^О ДАР ЭЛЕКТРОЛИТ ВА ПАРТОВХ,ОИ ИСТЕ^СОЛИ АЛЮМИНИЙ

Муассисаи давлатии «Пажу^ишго^и илмию тащицотии металлургия»-и КВД «Ширкати Алюминийи Тоцик»

Дар маводи мазкур муодилахое тахия гаштаанд, ки дар асоси тахлили химиявии элементною ионх,ои криолиту гилхокдори алюминий муайян намудани микдори пайвастагих,ои химивиро дар таркиби онхо мухайё месозанд.

Калима^ои калиди: истеусоли алюминий - электролит - партовуои гилхоку фтордор -муодилауои уисоби мщдори моддауо

N.P.Mukhamediev, B.S.Azizov, D.R.Ruziev, H.Safiev THE FORMULA TO CALCULATE THE MATERIAL COMPOSITION OF ELECTROLYTE AND SOLID WASTE PRODUCTION OF ALUMINIUM

State Enterprise «Research Institute of Metallurgy» SUE “TALCO”

In this paper we derive formulas for the calculation of components in the composition of the electrolyte and solid waste production of aluminium. The formulas obtained make it possible on the basis of chemical analysis of elements and ions in the composition of these substances to calculate the content of cryolite, alumina, sulphates, carbonates, oxides and fluorides of alkali metals in the raw ingredients used in the production of aluminum.

Key words: production of aluminium - electrolyte - alumina fluorine-containing waste - the formula for calculating the content of substances.