ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЁТА ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА

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 приведѐн вывод формул для расчѐта содержания компонентов в составе электролита и твѐрдых отходов производства алюминия, основанный на результатах анализа содержания
их компонентов – химических элементов и ионов. Полученные формулы дают возможность рассчитать содержание криолита, глинозѐма, сульфатов, карбонатов, оксидов и фторидов щелочных и
щелочноземельных металлов в сырьевых компонентах, используемых при производстве алюминия.
Ключевые слова: производство алюминия – электролит –фторсодержащие отходы – формулы расчѐта содержания веществ.
Большинство методов химического анализа даѐт 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] приведѐн вывод ряда уравнений, используемых для построения графиков, номограмм и расчѐта содержания веществ по различным химико-технологическим производствам.
В работе [2] нами была сделана первая попытка вывода аналогичных уравнений для расчѐта
содержания двух или трѐх соединений в составе твѐрдых глинозѐм-, фторсодержащих отходов производства алюминия. Однако эти уравнения не дают возможности установления расчѐтным путѐм
большего числа соединений в составе этих веществ.
Целью данной работы являлась разработка более универсальных формул для расчѐта вещественного состава сырья и отходов производства алюминия.
Обозначив общее содержание элементов и ионов в шламе и криолит-глинозѐмном концентрате (КГК) следующим образом C N а , C Al , C F , CSO4 , CCO3 , CHCO3 , а их содержание в соединениях:
Na3AlF6
↓↓↓
Al2O3
↓↓
NaF
↓↓
Na2SO4
↓↓
Na2CO3
↓↓
NaHCO3
↓↓
Na2O
↓↓
Адрес для корреспонденции: Сафиев Хайдар. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, ул. Х.Хакимзаде,
17, Государственное учреждение «Научно-исследовательский институт металлургии» ГУП «ТАлКо». Е-mail:
[email protected]; [email protected]
239
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
аbc
de
fg
2012, том 55, №3
hi
jk
lm
no
можно записать:
CN а  a  f  h  j  o  q
(1)
C Al  b  d
(2)
CF  c  g
(3)
CSO2  i
(4)
CCO2  k
(5)
CHCO  m.
(6)
4
3
3
Исходя из содержания этих элементов и ионов в составе молекул (мас.%), можно определить
их соотношение в составе этих веществ:
Na3AlF6
Al2O3 NaF Na2SO4
Na2CO3
NaHCO3
Na2O
33 13 54
53 47
55 45
32 68
43
57
27
73
74 26
a=2.54b=0.61c
(7)
b=0.39a=0.24c
(8)
c=1.64a=4.15b
(9)
f=1.22g
(10)
g=0.82f
(11)
h=0.47i
(12)
i=2.13h
(13)
j=0.75k
(14)
k=1.33j
(15)
l=0.37m
(16)
m=2.7l
(17)
n=2.85o
(18)
o=0.35n.
(19)
Обычно в составе шлама
h+j+l=0.35СNa,
(20)
а в составе КГК
h+n=0.39СNa.
(21)
Считая в среднем эту сумму равной 0.37СNa, можно записать
a+f=0.63СNa.
(22)
Аналогично для содержания Al и F в шламе и КГК
b+d=CAl
(23)
c+g=CF.
(24)
Исходя из равенств (7) и (8) в уравнениях (22) и (23), заменяем a и b на с, а исходя из равенства (11), в уравнении (24) g заменяем на f
0.61с +f=0.63СNa
(25)
0.24c+d=CAl
(26)
c+0.82f=CF.
(27)
240
Металлургия
Н.П.Мухамедиев, Б.С.Азизов и др.
Решая уравнение (27) относительно с, получаем:
c=CF -0.82f.
Подставляя значение с в уравнения (25) и (26), получаем:
0.61(CF -0.82f)+f=0.63СNa
0.24(CF -0.82f)+d=CAl.
или
0.61CF +0.5f=0.63СNa
0.24CF -0.2f+d=CAl.
Решая уравнения (31) относительно f, получаем:
0.5f=0.63СNa-0.61CF
или
f=1.26СNa-1.22CF.
Подставляя значение f в равенство (11) и уравнение (32), получаем:
g=0.82(1.26СNa-1.22CF) =1.03СNa-CF
0.24CF -0.2(1.26СNa-1.22CF)+d= 0.48CF-0.25СNa+d = CAl.
Решая уравнение (36) относительно d, получаем:
d = CAl- 0.48CF+0.25СNa.
Подставляя значения f в уравнение (27), получаем:
c+0.82(1.26СNa-1.22CF)=c+1.03СNa-CF=CF
или
c=2CF – 1.03СNa.
Подставляя значение с в равенства (7) и (8), получаем:
a=0.61(2CF – 1.03СNa) = 1.22CF – 0.63СNa
b=0.24(2CF – 1.03СNa) = 0.48CF – 0.25СNa.
(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:
C Al2O3 
d
0.53
C Na3 AlF6 
C NaF 
(42)
a
b
c


0.33 0.13 0.54
(43)
f
g

0.55 0.45
(44)
C Na2 SO4 
i
0.68
(45)
C Na2CO3 
k
0.57
(46)
CNaHCO3 
m
0.73
(47)
CNa2O 
n
0.74
(48)
241
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2012, том 55, №3
где цифры в знаменателе показывают долевое содержание Al , Na , F , SO42 , CO32 и HCO3 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.%
Al
Ш
17.99
Na
КГК
25.3
Ш
17.08
КГК
23.76
Ш
16.21
CO32
SO42
F
КГК
19.77
Ш
5.67
КГК
1.89
I. Для шлама, мас.%:
a=1.22CF – 0.63СNa=1.22·16.21-0.63·17.08=9.0
b=0.48CF – 0.25СNa =0.48·16.21-0.25·17.08=3.51
c=2CF – 1.03СNa =2·16.21-1.03·17.08=14.8
d = CAl- 0.48CF+0.25СNa =17.99-0.48·16.21+0.25·17.08=14.5
f=1.26СNa-1.22CF
=1.26·17.08-1.22·16.21 = 1.79
g=1.03СNa-CF =1.03·17.08-16.21=1.3.
Тогда содержание веществ в шламе будет, мас.%:
C Al2O3 
d
14.5

 27.36
0.53 0.53
C Na3 AlF6 
a
9.0

 27.27
0.33 0.33
C Na3 AlF6 
b
3.5

 26.92
0.13 0.13
CNa3 AlF6 
c
14.8

 27.4
0.54 0.54
C NaF 
f
1.79

 3.25
0.55 0.55
C NaF 
g
1.3

 2.89
0.45 0.45
C Na2 SO4 
i
5.67

 8.34
0.68 0.68
C Na2CO3 
k
2.45

 4.3
0.57 0.57
C NaHCO3 
m
1.45

 2.0.
0.73 0.73
II. Для КГК, мас.%
a=1.22CF – 0.63СNa=1.22·19.77-0.63·23.76=9.2
242
Ш
2.45
HCO3
КГК
0
Ш
1.45
КГК
0
Металлургия
Н.П.Мухамедиев, Б.С.Азизов и др.
b=0.48CF – 0.25СNa =0.48·19.77-0.25·23.76=3.55
c=2CF – 1.03СNa =2·19.77-1.03·23.76=15.1
d = CAl- 0.48CF+0.25СNa =25.3-0.48·19.77+0.25·23.76=21.74
f=1.26СNa-1.22CF
=1.26·23.76-1.22·19.77 = 5.8
g=1.03СNa-CF =1.03·23.76-19.77=4.7.
Тогда содержание веществ в КГК будет, мас.%:
C Al2O3 
d
21.74

 41.0
0.53 0.53
CNa3 AlF6 
a
9.2

 27.9
0.33 0.33
CNa3 AlF6 
b
3.55

 27.3
0.13 0.13
C Na3 AlF6 
c
15.1

 27.96
0.54 0.54
CNaF 
f
5.8

 10.5
0.55 0.55
CNaF 
g
4.7

 10.4
0.45 0.45
CNa2 SO4 
C Na2O 
i
1.89

 2.78
0.68 0.68
n
7.86

 10.6.
0.74 0.74
В табл.2 приведены расчѐтные значения содержания веществ в шламе (Ш) и КГК, а также определѐнное расчѐтом 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
Al2O3
Na3AlF6
Na2SO4
Na2CO3
NaHCO3
NaF
Na2O
Итого
(расчѐт):
Итого
(анализ):
Содержание
Al
Na
SO42
F
CO32 
HCO3
Ш
27.36
27.19
8.34
4.3
2.0
3.07
0
КГК
41.0
27.72
2.78
0
0
10.45
10.6
Ш
14.5
3.5
0
0
0
0
0
КГК
21.7
3.55
0
0
0
0
0
Ш
0
9.0
2.69
1.85
0.54
1.79
0
КГК
0
9.2
0.9
0
0
5.8
7.86
Ш
0
14.8
0
0
0
1.8
0
КГК
0
15.1
0
0
0
5.8
0
Ш
0
0
5.71
0
0
0
0
КГК
0
0
1.9
0
0
0
0
Ш
0
0
0
2.45
0
0
0
КГК
0
0
0
0
0
0
0
Ш
0
0
0
0
1.46
0
0
КГК
0
0
0
0
1.46
0
0
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
-
-
18.0
25.3
17.1
23.76
16.2
19.77
5.67
1.89
2.45
0
1.45
0
243
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2012, том 55, №3
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.
Л И Т Е РАТ У РА
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, Љ.Р.Рўзиев, Њ.Сафиев
МУОДИЛАЊО БАРОИ ЊИСОБИ МИЌДОРИ МОДДАЊО ДАР
ЭЛЕКТРОЛИТ ВА ПАРТОВЊОИ ИСТЕЊСОЛИ АЛЮМИНИЙ
Муассисаи давлатии «Пажўњишгоњи илмию тањќиќотии металлургия»-и
КВД «Ширкати Алюминийи Тољик»
Дар маводи мазкур муодилањое тањия гаштаанд, ки дар асоси тањлили химиявии
элементњою ионњои криолиту гилхокдори алюминий муайян намудани миќдори пайвастагињои
химивиро дар таркиби онњо муњайѐ месозанд.
Калимањои калидї: истењсоли алюминий – электролит – партовњои гилхоку фтордор –
муодилањои њисоби миќдори моддањо
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.
244