Участок сгущения и промывки красных шламов в однокамерных аппаратах глиноземного цеха

 

     

4. Общая схема процесса

     Способ  Байера наиболее распространен в  мировой алюминиевой промышленности. Этим способом перерабатывают высококачественные бокситы с относительно невысоким  содержанием растворимого в щелочном растворе кремнезема. Байеровский боксит должен иметь высокий кремневый модуль (не менее 6—7) и не содержать больших количеств серы и двуокиси углерода, которые осложняют переработку боксита по этому способу. Примерная технологическая схема производства глинозема no способу Байера показана на рис. 1.

     Боксит, поступающий со склада, дробят, после  чего размалывают в среде концентрированного щелочного раствора. Этим раствором  боксит затем выщелачивают, чтобы  перевести оксид алюминия в раствор. Для более полного перевода оксида алюминия в раствор выщелачивание  часто ведут в присутствии  небольших количеств извести. Полученная в результате выщелачивания пульпа состоит из раствора алюмината натрия и нерастворимого остатка боксита  — красного шлама. Шлам отделяют от алюминатного раствора отстаиванием (сгущением), после чего промывают водой и  направляют в отвал, а промывные  воды используют для разбавления  пульпы.

     

       Рис. 1. Схема производства глинозема  по способу Байера 

     Алюминатный раствор для более полного  отделения от него частиц шлама фильтруют. Чистый алюминатный раствор поступает  на разложение (декомпозицию), которое  достигается длительным перемешиванием алюмннатного раствора со значительным количеством затравочного гндроксида алюминия. Полученная в результате декомпозиции пульпа состоит из выпавшего в осадок гидроксида алюминия и маточного щелочного раствора. Гидроксид алюминия отделяют от маточного раствора сгущением. Часть полученного гидроксида алюминия возвращают в виде затравки в следующие порции раствора, идущего на декомпозицию, остальной гидроксид после фильтрации и промывки 'прокаливают (кальцинируют) при высокой температуре. При прокаливании гидроксид алюминия обезвоживается и превращается и глинозем.

     Маточный  щелочной раствор упаривают, чтобы  повысить его концентрацию, и используют для выщелачивания новых порции боксита. Выпаривание маточного раствора может сопровождаться выделением в осадок некоторого количества соды. Выкристаллизовавшуюся соду отделяют от раствора, а чтобы снопа перевести в каустическую щелочь, обрабатывают известью (каустифицируют). 

 

Процесс Байера со спекательной ветвью (параллельно – комбинированная схема) 

Боксит  высокосортный                                                    Боксит низкосортный

                                                                                       

                                                             Сода кальцинированная            Известняк

                                             Сода оборотная

 

Оборотный                                                                                 Спекание

раствор 
 

                  Гидрохимическая                                                 Гидрохимическая

                  обработка боксита                                                  обработка спека

 

Упарка -                                                                  Красный шлам

отделение соды                                                                    
 
 
 

                        Алюминатный раствор                           Алюминатный раствор 

 Выкручивание  – промывка гидрата 
 
 

                                     Кальцинация

                    
 
 
 
 

Сущность комбинирования двух процессов заключается в  том, что щелочь, безвозвратно потерянная в гидрохимическом цикле (главная  ветвь), а также связанная в  карбонат, восполняется щелочью алюминатного раствора, полученного способом спекания (вспомогательная ветвь).

Особенности производственного  процесса :

1. Потери щелочи в гидрохимическом цикле компенсируются кальцинированной содой, вводимой на спекание; каустическая сода не расходуется
2. В гидрохимическом цикле отсутствует операция известковой каустификации оборотной соды
3. Органические вещества выгорают в процессе спекания
4. Производственный цикл спекательной ветви не замкнут, в нем отсутствуют операции главной ветви
5. В случае необходимости  введения дополнительной щелочи на выщелачивание спека используется маточный раствор после выкручивания
6. Образующаяся в процессе спекания сульфат натрия  проходит через гидрохимический цикл, в случае необходимости избыток сульфата можно вывести из цикла.

Основные предпосылки  экономически эффективного применения параллельно комбинированной схемы:

1. Структура сырьевой базы : наличие высококремнистых бокситов при преобладании низкокремнистых бокситов.
2. Достаточно большая мощность предприятия
3. Преобладание производства кальцинированной соды и более низкая ее цена по сравнению с каустической.

 
 
 
 

 

     

5. Цикл  процесса Байера в  системе Al₂O₃ —Na₂O —H₂O

     В основе способа Байера лежит химическая реакция Al(OH)₃+NaOH ⇄ NaA1(OH)₄ .

     В условиях выщелачнвания равновесие этой реакции сдвинуто вправо, т. е. гидроксид алюминия из боксита 'переходит в раствор в виде алюмината натрия. В условиях декомпозиции равновесие сдвигается в обратную сторону, т. е. происходит гидролиз алюминатного раствора с выделением в осадок гидроксида алюминия.

     Затраченная при выщелачивании щелочь освобождается  при декомпозиции и возвращается в голову процесса—на выщелачивание  новых порций боксита. Таким образом, в способе Байера цикл по щелочи замкнут.

     Цикл  начинается с выщелачивания боксита  оборотным щелочным раствором. При  выщелачивании глинозем из боксита  переходит в раствор. Каустический модуль раствора при этом понижается.

     После выщелачивания раствор (пульпу) разбавляют. Разбавление конденсатом в зависимости  от способа нагрева пульпы может  начинаться еще в процессе выщелачивания. Далее следует разбавление пульпы промывными водами. При разбавлении  каустический модуль не изменяется. Раствор  температуру порядка 95—100°С; он практически стойкий.

     Смешение  алюминатного раствора с затравкой  ведет к изменению его каустического  модуля, так как вместе с затравкой  вносится некоторое количество маточного  раствора, имеющего высокий каустический модуль.

     При декомпозиции раствор охлаждается  до температуры порядка 50 ºС и оказывается в области пересыщенных глиноземом растворов. Пересыщенный раствор гидролитически разлагается, что сопровождается снижением концентрации глинозема в нем и повышением каустического модуля.

     Далее следует выпаривание маточного  раствора. При выпаривании концентрация раствора повышается, каустический же модуль остается постоянным После добавки свежей щелочи цикл заканчивается и начинается новый.

 

6. Описание  процесса сгущения и промывки красного шлама в однокамерных аппаратах глиноземного цеха.
7. Теоретические основы сгущения
8. Отделение алюминатного раствора от красного шлама.

     Алюминатный раствор отделяют от красного шлама  обычно сгущением, которое основано на оседании твердых частиц пульпы в непрерывно действующих аппаратах, называемых сгустителями.

     Выгружаемый из сгустителей красный шлам содержит некоторое количество алюминатного раствора, поэтому его промывают  водой. Операция промывки сводится к смешению шлама с водой и последующему отделению полученной промводы от шлама отстаиванием в промывателях, которые по конструкции 
не отличаются от сгустителей. Так как одна промывка не обеспечивает достаточной отмывки шлама от алюминатного раствора, то на практике используют метод многократной (методической) промывки в системе промывателей с промежуточной репульпацией шлама.

     Алюминатный раствор после отстаивания в  сгустителях содержит до 0,1 г/л взвешенных частиц шлама, поэтому его подвергают контрольной фильтрации на фильтрах. Основная масса красного шлама состоит  из очень мелких частиц (размером 1—10 мкм и даже меньше), которые осаждаются очень медленно. Поэтому при сгущении красного шлама большое значение имеет явление агрегации, т. е. слияния  мелких частиц между собой н образование 
более крупных хлопьев (агрегатов).

     Резкая  граница между осветленным раствором  и осадком (сгущенным шламом) в  сгустителе отсутствует. По высоте столб  пульпы в сгустителе можно разделить  на несколько зон. Верхняя зона —  это осветленный раствор, из которой  он непрерывно выводится в виде слива. Ниже находится зона стесненного  осаждения частиц шлама, еще ниже—зона  уплотнения, в которой под действием веса вышележащих слоев из шлама вытесняется алюминатный раствор, и осадок уплотняется. Самая нижняя зона—это слой уплотненного шлама, который непрерывно выводится из сгустителя.

     Основными показателями процесса сгущения являются степень уплотнения шлама и удельная производительность по сливу. Степень  уплотнения характеризуется ж:т в сгущенном шламе, а под удельной производительностью понимают количество кубических метров осветленного раствора, выводимого из сгустителя на каждый квадратный метр площади осаждения за одни час (скорость слива).

     На  процесс сгущения шлама наряду с  крупностью его частиц влияет целый  ряд факторов: минералогический состав шлама, вязкость алюминатного раствора, его концентрация, температура пульпы, коагулянты и др.

 

     

9. Минералогический  состав шлама

     Определяется минералогическим составом боксита, из которого шлам получен; поэтому можно говорить о влиянии на осаждаемость красных шламов минералогического состава боксита. Уплотняемость красных шламов ухудшается при наличии в боксите гидратированных минералов, например гидратированных форм оксида железа и каолинита. Эти минералы имеют высокую степень гидрофильности¹, чем объясняется их затрудненная агрегация и образование плохо уплотняющихся осадков. Отрицательное влияние на уплотняемость красных шламов оказывают сидерит и пирит.

     Кварц по сравнению с каолинитом гораздо  меньше замедляет процесс отстаивания  шлама, хотя при выщелачнваннн также образует гидроалюмосиликат натрия. Это можно объяснить тем, что разложение каолинита происходит при пониженных температурах с образованием тонкодисперсного алюмосиликата, который при отстаивании удерживает много воды. Взаимодействие же кварца с раствором происходит медленно при высокой температуре. В этих условиях происходит образование крупнозернистого алюмосиликата, который хороню уплотняется.

     С повышением вязкости алюминатного раствора скорость осаждения шлама н степень его уплотнения заметно уменьшаются. 
Вязкость же в свою очередь зависит от концентрации раствора и его температуры. С понижением концентрации вязкость раствора уменьшается, поэтому разбавление пульпы перед сгущением значительно ускоряет процесс сгущения. В системе промывки концентрация раствора постепенно уменьшается от первого промывателя к последнему, что способствует более высокой степени уплотнения шлама в последних промывателях.

     С повышением температуры вязкость раствора также уменьшается. Кроме того, повышенная температура необходима для предотвращения гидролиза алюмината натрия. По этим причинам в сгустителях, а также  в промывателях первой и второй стадий промывки поддерживают высокую температуру (около 100 °С).

     Степень уплотнения шлама возрастает также  с увеличением длительности пребывания шлама в зоне уплотнения; чем выше эта зона, тем больше длительность пребывания в ней шлама.

     Во  многих случаях сгущение шлама значительно  ускоряется при добавке в пульпу коагулянтов — веществ, способствующих укрупнению частиц шлама. В качестве коагулянта широко используют ржаную муку, которую вводят в разбавленную пульпу в количестве 0,15—0,25 % от массы шлама. Для этой цели могут быть 
использованы также синтетические флокулянты — полиакриламид, сепаран н др.