Общие конструктивные особенности автоклавов

Ёмкость вертикальных автоклавов может достигать от 1,75 до 130 м³, а горизонтальных – от 125 до 320 м³, давление – от 1,5-2,5 до 16 МПа.

Все автоклавы представляют собой сварные цилиндры со сферическими днищами, имеют отверстия для загрузки и выгрузки, манометр, предохранительный клапан, устройства для нагрева и перемешивания реакционной смеси, осуществляемого либо острым паром, либо механической мешалкой, либо сжатым воздухом, а в ряде случаев – вращением автоклава.

Для изготовления корпусов используют высококачественные сорта сталей и титан. Изнутри автоклав может быть покрыт эмалями или футерован, например, свинцом, кислотоупорным кирпичом, углеродистым кирпичом (связка – фурфуриловый спирт –СН₂ОН) или кислотоупорным цементом – смесь кварца, кремнефторида натрия Na₂SiF₆ и жидкого стекла Na₂SiO₃). Снаружи реактор обычно теплоизолируют.

В автоклавах с механическим перемешиванием герметичность обеспечивается уплотнениями, выполненными, например, из пары графит-стеллит (стеллит – износостойкий литой твёрдый сплав на основе кобальта, содержащий Cr, W, C, Si, а графит играет роль смазки). Уплотнение иногда охлаждают водой.

Р ис. 8. Горизонтальные многосекционные (а) и вертикальный (б) автоклавы с механическим

перемешиванием пульпы, работающие под повышенным давлением кислорода или воздуха:

I – пульпа, II – выщелачивающий реагент: 1 – корпус; 2 – валы мешалок; 3 – перегородки;

4 – пропеллерные мешалки; 5 – смотровое окно

3.1 Автоклавное выщелачивание на гмз ВостГоКа. Автоклавы апв.

Выщелачивание сгущенной пульпы на ГМЗ ВостГОКа проводится серной кислотой в автоклавах и пачуках.

Автоклавное выщелачивание осуществляется при пневматическом перемешивании, повышенных давлении и температуре.

В автоклавах АПВ (вертикальные с пневматическим перемешиванием) выщелачивается основная часть (80%) рудных концентратов. Схема автоклава вертикального с пневматическим перемешиванием АПВ – 125 /15 –150 приведена на рис.3 (разд. материал).

Автоклав представляет собой вертикальный сосуд цилиндрической формы со сферической верхней и нижней частью. Аппарат выполнен из титана марки ВТ-1-0, объем его составляет 125 м³, допустимое давление в автоклаве- 15 кг/см², допустимая температура – 150 ºC.

Рис. 9. Схема автоклава АПВ 125/15-150 Основные параметры АПВ – 125 /15 –150: Высота: 16 м; Ø внутр.- 3,5 м; Ø цирк.- 1,8 м; Рабочий объем –100м3; Общий объем –125м3; Основные узлы: корпус автоклава, выполненный из титана ВТ-1-0; патрубок ввода смеси кислот; патрубок ввода пульпы; аэрлифтная труба для подачи сжатого воздуха; циркулятор; патрубок вывода пульпы.

В качестве окислителя применяется азотная кислота – источник кислорода, служащая одновременно пассиватором для титана и нержавеющей стали, из которых выполнены автоклавы.

Процесс окисления и растворения урана с применением азотной и серной кислот протекает по следующим химическим уравнениям:

3UO₂ + 2HNO₃ + 3H₂SO₄ = 3UO₂SO₄ + 2NO + 4H₂O;

2NO + 1,5O₂ + H₂O = 2HNO₃;

UO₂ + 0,5O₂ + H₂SO₄ = UO₂SO₄ + H₂O. (быстро)

В условиях повышенных температур и давления автоклавного выщелачивания концентрация примесей в жидкой фазе пульпы резко и необратимо снижается за счет термогидролиза солей. Реакция термогидролиза сульфатов, в первую очередь 3-х валентного железа и алюминия, протекает с образованием малорастворимых солей и выделением свободной серной кислоты:

Fe₂(SO₄)₃ + H₂O = nFe₂O₃•mSO₃•H₂O↓ + H₂SO₄.

Поэтому, при выщелачивании в автоклавах повышается извлечение урана в раствор, снижается расход серной кислоты.

Непрерывное выщелачивание осуществляют в каскадах аппаратов.

а) Для поддержания температурного режима выщелачивания (обогрева) в нижнюю часть головных автоклавов цепочек подается острый пар.

б) Для перемешивания пульпы в каждый автоклав подается воздух высокого давления (сжатый воздух).

в) Пульпа из последних автоклавов каскада поступает в зумпф, а затем центробежными насосами в головной пачук каскада пачуков выщелачивания и смешивается с пульпой пачуков. В пачуках может выщелачиваться до 20% сгущенной пульпы. Туда же поступает смесь кислот. Нагрев до 70-80⁰С проводится острым паром. Процесс окисления и растворения урана в пачуках аналогичен процессу в автоклавах.

Схема выщелачивания состоит из четырех автоклавов, соединенных последовательно в цепочку.

Все аппараты имеют аэраторы для лучшего перемешивания пульпы. В нижнюю часть автоклава подается пульпа. Патрубок выхода пульпы расположен в верхней части аппарата.

Перемещение пульпы по цепочке автоклавов происходит за счет разницы в давлении между аппаратами, давление в каждом следующем аппарате снижается на величину 1 атм.

В главный аппарат подается окисленная пульпа. Имеется возможность подачи кислоты для достижения кислотности, непосредственно в автоклав, сверху под «зеркало» пульпы.

В нижнюю точку первых двух по ходу пульпы автоклавов для перемешивания пульпы подается воздух с давлением 12 атм. На трубопроводах подачи воздуха установлены обратные клапаны. Обратные клапаны предназначены для предотвращения попадания кислой пульпы в воздуховод при аварийной остановке компрессора. Подача воздуха и регулирование осуществляется с помощью вентиля.

Расход воздуха контролируется приборами. Распределение воздуха внутри автоклава происходит равномерно за счёт подачи его через диспергатор.

Перемешивание пульпы в 3 и 4 автоклавах производится сдувкой соответственно с 1 и 2 автоклавов.

С целью недопущения образования повышенного давления на каждом автоклаве установлены предохранительные пружинные клапаны.

С целью снижения теплопотерь корпуса автоклавов покрыты теплоизоляцией.

Для ремонта и чистки каждый автоклав снабжен люками (сферами) верхним и нижним боковым.

Автоклавы оборудованы следующими приборами:

1. Измерение давления в автоклаве – манометры с дистанционной передачей показаний на вторичный прибор, который показывает, и самопишущий прибор.

2. Измерение температуры – термометр сопротивления с передачей на вторичный прибор.

3. Измерение потерь - измерительной диафрагмой, с передачей на вторичный прибор.

4. Измерение уровня пульпы:

• ступенчатое измерение в каждом автоклаве сигнализаторами с передачей на прибор;

• постоянное измерение уровнемерами с передачей на прибор.

5. Сигнализация аварийного уровня и превышение температуры выше 150 ºC.

Кроме того, автоклавы оснащены автоматическими пробоотборниками.

Основные технологические параметры выщелачивания:

• температура в головном автоклаве, °С - 100÷110;

- рабочая температура в автоклавах, °С - 150;

• давление в автоклавах, атм - 3÷7;

(проектное 10-14 атм)

• расход воздуха на перемешивание на цепочку, тыс.м³/ч - 2,5÷3,0;

• давление воздуха, атм - 7÷10;

• давление пара, атм до 15;

• температура пара, °С - 200÷340;

• время выщелачивания в автоклавах, час - 2÷4;

• температура выщелачивания в пачуках,°С - 70÷80;

Эксплуатационные расходы на автоклавное и агитационное выщелачивание примерно одинаковы. Однако автоклавное выщелачивание требует более высоких капитальных затрат; конструкция автоклавов значительно сложнее, аппараты требуют полной герметизации; в условиях проведения процессов велика коррозия конструкционных материалов; обслуживание и ремонт автоклавов требуют высококвалифицированного персонала и больших затрат.