2.4.3. Выщелачивание в автоклавах

Для ускорения процесса выщелачивания и выщелачивания труднорастворимых соединений необходимо повышение температуры раствора. Для возможности увеличения температуры выше 100 ^оС в автоклавах увеличивают давление. Автоклавы поэтому имеют корпуса повышенной прочности из толстостенного стального листа. В промышленности встречаются автоклавы двух типов:

- с поверхностным нагревом и механическим перемешиванием

- с применением перемешивания и нагрева острым паром.

Последние аппараты считаются более эффективными.

Схемы горизонтального и вертикально автоклавов для выщелачивания бокситов острым паром показаны на рис. 2.12 и 2.13.

Рис. 2.12. Горизонтальный автоклав.

1 - корпус, 2 - теплоизоляция, 3 - перемешивающее устройство, 4 - сопла для подачи пара, 5 - люк для загрузки пульпы, 6 - люк для выгрузки пульпы.

Непрерывно действующий горизонтальный автоклав имеет цилиндрическую форму длиной 22 м и диаметром 2,4 м. Для поддержания твердых частиц в растворе во взвешенном состоянии автоклав снабжен перемешивающим механизмом. Рамная мешалка расположена на центральном валу, приводится во вращение электродвигателем. Впускной люк для непрерывной подачи бокситов расположен в верхней части корпуса, выпускной - в нижней противоположной. Острый пар вводится через четыре сопла в торце аппарата. Для обеспечения заданной продолжительности варки бокситов, два аппарата могут соединяться последовательно.

Вертикальный автоклав периодического действия представляет собой клепанный стальной цилиндр большой прочности. В верхней части расположено отверстие для загрузки бокситов или пульпы, манометр и предохранительный клапан. Через крышку пропущена вертикальная труба, проходящая до днища автоклава. По этой трубе происходит разгрузка пульпы, выжимаемой из автоклава избыточным давлением пара. Пар подается снизу. Для уменьшения теплопотерь автоклав снаружи обшит теплоизолирующим материалом. Габариты автоклава: объем - 27 м³, высота - 9,6 м , диаметр - 2,3 м. Давление - 12 - 15 атм, температура - до 195^оС.

Рис.2.13. Схема вертикального автоклава.

1-корпус, 2-разгрузочная труба, 3-загрузочный люк.

2.5. Отделение твердой фазы от раствора

Во многих производствах после выщелачивания в раствор переходят примеси, способные осаждаться на электродах параллельно целевому продукту, загрязняя его: например медь, железо и кобальт при рафинировании никеля. При получении хлора и щелочей электролизом хлоридов необходима очистка от солей жесткости. Обычно для очистки растворов от нежелательных веществ основной компонент или примеси переводят в водонераствримую форму карбонатов, гидроксидов или сульфидов с последующим отделением от раствора твердой фазы:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + 2NaCl

MgCl₂ + 2NaOH = Mg(OH)₂ +2NaCl

Размеры частиц твердой фазы, образующейся при протекании вышеупомянутых реакций очень малы (10^-8 - 10^-6 м). Для ускорения седиментации твердой фазы предусматривают процессы агрегатирования (укрупнения) частиц. В основе этих процессов лежит либо укрупнение частиц за счет их столкновения при механическом перемешивании (гидродинамическая флокуляция), либо введением высокомолекулярных веществ, образующих в растворе пространственную сетку, сорбирующую твердые частицы (флокуляция). Физико-химические основы этих процессов подробно описаны в [17,18] и в данном учебнике рассматриваться не будут. При необходимости дальнейшей очистки раствора применяется фильтрование.

Процессы укрупнения, осаждения и отделения частиц твердой фазы от жидкости реализуются в аппаратах, называемых осветлителями. Наиболее распространенным типом осветлителя является гравитационный отстойник Дорра (рис.2.14.).