Глава 1. Описание аппаратно-технологической схемы и параметров процесса
1.1. Технологическая схема производства глинозёма
Основным этапом получения глинозема из бокситовой руды является извлечение из неё гидроокиси алюминия. Наиболее выгодным способом извлечения из боксита гидроокиси алюминия при определенных условиях является щелочной способ спекания. Этот способ применяется для переработки бокситов с повышенным содержанием кремнезема, кремневый модуль которых обычно не превышает пяти. В основе этого способа лежит спекание боксита с содой и известняком. При спекании в результате взаимодействия глинозема боксита с содой образуется алюминат натрия, а кремнезем связывается оксидом кальция в нерастворимый двухкальциевый силикат. Из полученного спека алюминат натрия выщелачивают водой. Примерная технологическая схема способа спекания показана на рис.1.
По способу спекания исходные материалы — боксит и известняк после дробления поступают в мельницы, где размалываются в среде маточного раствора, содержащего оборотную соду. В мельницы поступает также свежая сода для возмещения потерь се в процессе и белый шлам, остающийся после обескремнивания алюминатного раствора. Перед подачей в мельницы компоненты шихты дозируют в нужном соотношении; в случае необходимости окончательно корректируют шихту после помола, смешивая шихты различного состава
Рис 1 Схема производства глинозема из бокситов щелочным методом спекания
Откорректированную шихту (пульпу) спекают при 1150— 1250 °С, полученный спек дробят и выщелачивают. При выщелачивании алюминат натрия переходит в раствор; одновременно в раствор переходит некоторое количество кремнезема. Перастворившаяся часть спека (красный шлам) идет в отвал, а алюминатный раствор—на обескремнивание. При обескремннвании кремнезем выделяют в осадок. Этот осадок (белый шлам) наряду с кремнеземом содержит глинозем и щелочь, поэтому его возвращают на приготовление шихты для спекания.
Из обескремненного раствора выделяют гидроксид алюминия. Для этого осуществляют карбонизацию (обработку раствора газами, содержащими CO2), в результате которой в осадок выпадает гидроксид алюминия и получается маточный содовый раствор. Выпавший в осадок гидроксид алюминия отделяют от солового раствора, промывают и кальцинируют. Маточный содовый раствор с промывными водами от промывки гидроксида возвращают на приготовление шихты. Для повышения концентрации его обычно упаривают.
1.2. Цель и химизм процесса
УЧАСТОК СГУЩЕНИЯ И ПРОМЫВКИ КРАСНОГО ШЛАМА
Обеспечивает:
1. Разделение алюминиевого раствора и красного шлама.
2. Промывка шлама от захваченного им алюминиевого раствора.
3. Контрольное осветление алюминиевого раствора от мелких частиц красного шлама.
4. Для отделения шлама от алюминиевого раствора можно применять фильтры (вакуумные и пресс), сгустители, отстойники и центрифуги.
Применять фильтры для отделения алюминиевого раствора от шлама не целесообразно. В современных условиях на производстве устанавливают сгустители отстойники (одноярусные). Они просты по устройству, надежны, но занимают большие производственные площади и медленно отделяют шлам.
Предпосылки сгущения
Пульпа питания подается в загрузочную трубу и растекается в отстойнике радиально, в направлении сливного желоба с небольшой горизонтальной скоростью. Под действием сил тяжести частицы шлама опускаются вниз. Вертикальная скорость определяется по формуле стокса:
W= d2(ρ1-ρ2) 1
18 м
где d - диаметр частицы шлама,
ρ1,2 - плотности шлама и алюминиевого раствора,
м - коэффициент вязкости раствора,
А - зона светлой жидкости, ее избыток непрерывно выводится в виде слива,
В - зона свободного осаждения,
С - зона уплотнения, ж/т снижается, частицы шлама сжимаются,
Р - зона уплотненного шлама. Шлам, который под действием гребков подается к разгрузочному конусу.
Обязательное условие сгущения шлама:
1. Минимальное содержание тв. в сливе.
2. Ж/т шлама минимум, учитывая шлам нужно передать на сгущение с помощью насосов => ж/т должно быть оптимальное.
Оптимальное ж/т 1,8 - 2,2. Слив не должен содержать шлама >0,1 г/л.
СХЕМЫ СГУЩЕНИЯ И ПРОМЫВКИ ШЛАМА:
ПРОТИВОТОЧНО-КАСКАДНАЯ СХЕМА
С - сгуститель,
П1-П4 - промыватель,
Н - центробежные насосы,
М-мешалка шламоотделения.
Пульпа подается в сгуститель, где разделяется на слив и сгущенный шлам. Насосом шлам перекачивается в батарею П1-П4. Кратность промывок от 4 до 6. В каждом промывателе используется один принцип промывки. Шлам с повышенной концентрацией жидкой фазы сначала смешивают спром водой, где концентрация значительно ниже. В результате концентрация жидкой фазы в шламе снижается и в промывателе П4 в качестве сгущенного продукта - отмытый шлам. Этот шлам выгружают в мешалки шламоудаления, там же разжижают водой для лучшей транспортировки шлама в отвал. Промывная жидкость имеет противоточное движение, это повышает качество отмывки и уменьшает кратность. В соответствии с этим свежая горячая вода подается в последний промыватель и движется самотеком (перепад промывателей по уровню 20-30 см). Крепкая промывочная вода используется на разбавлении автоклавной пульпы.
Противоточная схема с промежуточной репульпацией
Достоинства противоточной каскадной схемы:
1. Обеспечивает самотек пром. воды, что уменьшает количество насосов.
2. Низкое вспенивание растворов.
Недостатки:
- Плохое перемешивание шлама с пром. водой.
РК - распределительные коробки,
Г - гидросмесители,
Н - насосы,
Ф - флокулянт.
Широко применяются для смешения шлама с водой, используются гидросмеситель (репульпатор).
Возможно 2 варианта схемы:
1. При небольшом масштабе производства шлам промывается в одной нитке промывателей.
2. При крупном производстве работают несколько нитей промывателей, применяя общие распределительные коробки и гидросмесители.
Разбавленная пульпа поступает в РК, где делится на несколько равных потоков, и перетекает в сгустители. Флокулянт дозируют в линию питания сгустителя. Слив сгустителей выводят в баки слива и передают на контрольную фильтрацию, сгущенный шлам выгружается в общий гидросмеситель и репульпируется (смешивается) с водой со второго ряда промывателей. Полученная шламовая пульпа насосами перекачивается в РК1 и далее растекается в промыватели 1-го ряда. В них частично отмытый шлам отделяется от крепкой пром. воды. Принцип промывки во всех промывателях не отличается от предыдущей схемы. Отмытый шлам из П5 откачивают в мешалки шламоудаления и далее в отвал. Горячая вода для промывки подается в Г4 и далее при противоточном движении превращается в крепкую пром.воду. Положительный эффект на промывке дает добавка флокулянта № 1229.
Технологический режим сгущения и промывки
1. Разбавленная пульпа имеет концентрацию Na2Oоб≈150г/л, dk=1,6-1,7.
2. Использование флокулянтов на сгущении и промывке.
Флокулянт поступает в контейнерах. Для его приготовления и дозировки устанавливается автоматическое устройство. Полимер дважды разбавляется защелоченной водой (в начале до 2%, затем до 0,2%). Дозировка флокулянта осуществляется в линию питания сгустителя и промывателя, а также в РК.
3. В сгустителях t= 105-107°С: снижает вязкость и предупреждает гидролиз: скорость слива определяется по формуле:
W= U( м3 = м )
F м2•4 час
При использовании флокулянта скорость слива 0,7-0,9 м/ч. Чистота слива - содержание твердого в алюминиевом растворе не более 0,1г/л, высота осветленной зоны 2-2,5м. Ж/т шлама 1,8-2,2.
4. t в промывателях при отсутствии промежуточного подогрева 83-95°С. Скорость слива 1-1,2м/ч. Ж/т шлама ≈2.
Высота осветленной зоны ≈3м. t горячей воды 97-99°С. С крепкой Н2О Na2Oобщ= 30-50г/л. Качество отмывки контролируют по произведению ж/т отмытого шлама на СNa2Oобщ в жидкой части шлама (не более 4,5). При использовании подшламовой воды эта величина увеличивается до 10.
1.3 Факторы сгущения
Основные факторы, влияющие на сгущение:
1. Зернистость шлама. Согласно формуле стокса на скорость осаждения влияет крупность частиц шлама.
Зернистость заводского шлама зависит от условий размола боксита и поведения боксита при выщелачивании. почти все бокситы саморазрушаются при выщелачивании. При обработке бокситов субра нужен тонкий помол, так как бокситы бемит - диаспоровые, прочные и тяжело выщелачиваются, поэтому в шламах будет содержаться много частиц, размер которых колеблется от 1 до 10мкм. Скорость осаждения таких частиц очень мала, поэтому на производстве применяют коагулянты и флокулянты.
2. Коагулянты и флокулянты .
Крагулянты - это вещества природного происхождения (мука, крахмал, водоросли). Они улучшают агрегацию шламов, но их применение увеличивает производительность сгущения незначительно. Так на УАЗе применялась мука, расход 0,7-3 кг на 1 т глинозема, производительность увеличивалась ≈50%.
В настоящее время практически все предприятия перешли на флокулянты (синтетические полимеры).
На УАЗе применяют флокулянты фирмы Суперфлок серии НХ-300. на промывке шлама применяют флокулянты фирмы "Сайтек" № 1229.
Расход полимера для субра 0,35-0,45 кг/т, для тимана 0,5-0,6кг/т. Стоимость флокулянтов 3500$ за 1 т. На сгущении скорость слива увеличивается в 2-3 раза.
3. Минерология шлама. Все составляющие шлама по отношению к воде делятся на 2 группы: гидрофобные и гидрофильные.
Гидрофобные лучше обрабатывают агрегаты, но составляющие шлама в основном гидрофильные минералы: ASN, NaT1O3, Fe2O3 2H2O.
При повышении температуры выщелачивания до 280-300°С практически все составляющие шлама переходят в гидрофобные, то есть быстро осаждаются.
4. Степень разбавления влияет на скорость осаждения шлама.
W= d2(ρ1-ρ2) 1
18 м
При сгущении важно иметь максимальную температуру. Это не только снижает вязкость пульпы, но и не было преждевременного разложения алюминиевого раствора.
5. плотность и форма частиц
6. плотность и вязкость жидкой фазы
7.температура пульпы,
8.PH пульпы
9. содержание твёрдого компонента в исходной пульпе.
B результате осаждения твёрдых частиц верх. слои пульпы осветляются (освобождаются от твёрдой фазы), a частицы сосредоточиваются в нижних слоях и уплотняются. B жидких пульпах твёрдые частицы осаждаются быстрее, однако осадок вытесняет большее кол-во воды, что приводит к увеличению скорости восходящих потоков и выноса тонких частиц в слив. Самые тонкие частицы (шламы, илы) оседают медленно вследствие малой скорости падения и одноимённого электрического заряда, вызывающего отталкивание частиц. C повышением температуры скорость осаждения увеличивается. B зависимости от свойств пульпы и специально вводимых реагентов твёрдые частицы оседают раздельно или в виде агрегатов, что приводит к ускорению осаждения частиц. Образование агрегатов осуществляется на основе применения коагулянтов и флокулянтов. Коагулянты (известь, квасцы, хлорид кальция и др.) нейтрализуют электрические заряды тонких частиц (за счёт сил молекулярного и дипольного взаимодействия происходит агрегатирование частиц). Флокулянты (полиакриламил, крахмал и др.) адсорбируются на частицах и способствуют образованию механических связей между ними и как следствие - агрегатов. Применение флокулянтов более эффективно, т.к. интенсифицирует процесс осаждения в 4-6 раз. Сгущению подвергают пульпы c различной крупностью твёрдых частиц. B чёрной и цветной металлургии крупность сгущаемого материала составляет от 0,05 до 5 мм, в угольной промышленности от 0,045 до 5 мм. Важной характеристикой процесса сгущения является содержание твёрдого компонента в сгущённом продукте и сливе. Например, в цветной металлургии может быть достигнуто содержание твёрдого компонента в сливе до 0,07 г/л, при сгущении апатитовых концентратов 2,7-5 г/л, железных концентратов 0,01-0,7 г/л. При сгущении промпродуктов и хвостов 0,1-7 г/л. Показатели сгущения определяются типом сгустителей, их размером, способом подачи материала. Развитие процесса сгущения связывается c совершенствованием аппаратов, c целью достижения максимально возможной степени сгущения за счёт оригинальных конструктивных решений, новых флокулянтов, совершенных методов коагуляции и ускорения осаждения твёрдых частиц.