Участок сгущения и промывки красных шламов в однокамерных аппаратах глиноземного цеха

     ¹Гидрофильность— способность к смачиванию водой.

     Действие  коагулянтов, очевидно, состоит в  снятии с частиц шлама одноименного (положительного) заряда. Будучи в алюминатном  растворе одноименно заряженными, частицы  шлама взаимно отталкиваются, что  препятствует их слиянию и образованию  более крупных хлопьев. Под влиянием крахмала (ржаной муки) частицы 
шлама теряют заряд и становятся электронейтральными.

     Использование муки - продукта питания, для сгущения красного шлама экономически нецелесообразно. Поэтому длительное время ведутся  исследования но замене муки синтетическими высокополимерными флокулянтами. Действие флокулянтов основано на адсорбции их на поверхности частиц шлама. Взаимные силы 
сцепления между адсорбированными молекулами или попами флокулянта создают условия для спекания шлама в более крупные агрегаты. 
 
 
 

     Аппаратурно-технологическая  схема cгущения и промывки шлама

     Примерная схема сгущения и промывки красного шлама показана на рис. 2.

     Разбавленная  пульпа поступает в два сгустителя /, работающие параллельно. Осветленный  алюминатный раствор через сливные  коробки, расположенные в верхней  части сгустителей, самотеком поступает  на всас насосов, которыми подастся в мешалку нефильтрованного раствора 4. Сгущенный шлам также непрерывно выводится через отверстия в нижней части сгустителей Рис. 2. Схема сгущения и промывки шлама : сгустители; 2 – промыватели; 3- гидросмесители; 4 – мешалка алюминатного раствора; 5 – бак промводы; I-VI – стадии промывки; I¹-VI¹ – стадии репульпации. и насосами подастся в первый (I¹) гидросмеситель 3, где смешивается с промывной водой второго (II) промывателя 2. Полученная в первом гидросмесители пульпа самотеком поступает в первый промыватель (I), где вновь подвергается сгущению. Из первого промывателя (I) сгущенный шлам подастся во второй гидросмеситель (II¹), где смешивается с промводой из третьего 
промывателя. Отсюда пульпа поступает во второй промыватель и т. д.

     На  схеме показана шестикратная промывка шлама. Промыватели работают по принципу противотока, что позволяет более полно отмыть красный шлам и получить промводу с более высокой концентрацией Al₂O₃ и Na₂O. Сущность противотока состоит в том, что шлам при движении от первого промывателя к последнему 
обрабатывается все более слабой промывной водой и в шестом промывателе он встречается со свежей водой, которая подастся в шестой гидросмеситель.

     Промвода из первого промывателя поступает в бак промводы 5, а из него перекачивается на разбавление автоклавной пульпы.

     Промытый  шлам из последнего промывателя поступает в мешалку шламоудалення, из которой после дополнительного разбавления водой перекачивается на шламовое поле.

     На  практике применяют различные схемы  сгущения н промывки шлама, которые отличаются кратностью промывки, конструкцией и размерами сгустителей и промывателей, расположением оборудования. На большинстве отечественных заводов сгустители и промыватели установлены на железобетонных фундаментах, которые высоко подняты на колоннах над уровнем пола. Из таких аппаратов сгущенный шлам и осветленная промвода самотеком 
поступают непосредственно в гидросмесители. Пульпа из гидросмиесителей насосами подается на следующую стадию промывки.

     Оборудование  для сгущения и промывки шлама

     Сгуститель (рис.3) представляет собой металлический  цилиндрический чан с коническим или плоским дном. В центре чана смонтирован гребковым механизм, с помощью которого осевший шлам перемещается к разгрузочному отверстию, расположенному в центре днища сгустителя или на его периферии. В зависимости 
от этого различают сгустители с центральной и периферической разгрузкой шлама.

     Рис. 3. Схема сгустителя:

     1—бак; 2 - гребковый механизм; 3 - разгрузочное  отверстие; 4 -желоб; 5 -питающая воронка; 6—привод.

     Гребковый механизм состоит из вертикального  вала, подвешенного на ферме или  опирающегося на центральную колонну. Вал приводится во вращение приводом (двигатель с редуктором), который  может быть расположен на ферме или  под сгустителем.

     Собственно  гребковое устройство состоит из граблин с гребками; граблины крепятся к палу жестко или па шарнирах. Успешно применяется гребковая система, состоящая из волокуш, которые изготовлены из рельсов и подвешены с помощью тросов на граблипах. Граблины вынесены из зоны уплотнения шлама и жестко прикреплены к вертикальному валу. Это позволяет значительно уменьшить обрастание граблин шламом.

     Сверху  сгуститель закрыт металлической крышкой, снаружи для уменьшения потерь тепла  в окружающую среду имеет тепловую изоляцию. Пульпа поступает в центр  сгустителя через питающую воронку, которая неподвижно прикреплена  к крышке сгустителя или вращается  вместе с валом. В сгустителе скорость движения пульпы резко надает, и  твердые частицы оседают на дно, где гребковым устройством перемещаются к разгрузочному отверстию. 
Лунные хлопья шлама, удерживающие много раствора, при этом

     Пульпа

     Шлам

     Рис. 4. Схема пятикамерного сгустителя:

     1—цилиндрическим  бак; 2 - питающие трубы; 3 — питающая  коробка; 4—гребковое устройство: 5—вал; 6—переточные стаканы; 7—разгрузочный конус: 5—коническое дно; 9 — конические диафрагмы; 10— сливная коробка; 11—сливные трубы разрушаются, что способствует отделению раствора и уплотнению шлама. Осветленный раствор непрерывно переливается в желоб или в воронки, расположенные по окружности в верхней части сгустителя.

     Наряду  с однокамерными применяются многокамерные сгустители, состоящие из двух, трех или пяти отстойных камер, расположенных одна над другой. На рис. 24 показана схема пятикамерного сгустителя. По высоте сгуститель коническими диафрагмами 9 разделен на пять камер равной высоты. В центральной части каждая диафрагма заканчивается переточным стаканом 6, который нижним концом опущен в слой сгущенного шлама и образует гидравлический затвор. В центре сгустителя находится общий для всех камер вал 5 с пятиярусным гребковым устройством 4. Днище сгустителя в центральной части переходит в разгрузочный конус 7, через который выгружается шлам. Разгрузка шлама—общая для всех камер. Оседающий в каждой камере шлам гребковым устройством перерабатывыется к центру диафрагм и по переточным стаканам поступает в разгрузочный конус. Питание же пульпой и отъем осветленного раствора осуществляются в каждой камере независимо. Пульпа между камерами распределяется с помощью питающей коробки 3 и питающих труб 2. Слив из каждой камеры отбирается одновременно в четырех точках. Для этого служат четыре сливные коробки 10, расположенные на равном расстоянии друг от друга по периферии сгустителя (на схеме показана одна). Высоту уровня слива в сливных трубах 11 можно изменять с помощью специальных устройств и таким образом регулировать, уровни шлама в камерах сгустителя.

     Пятикамерный сгуститель (промыватель) диаметром 20 м характеризуется следующими данными: общая высота аппарата 18м, высота каждой камеры 2 м, уклон днища н диафрагм 8—10°, скорость вращения гребков вала 6 об/ч, общая площадь осаждения 1570 м².

     Основными преимуществами многокамерных сгустителей  перед однокамерными являются сокращение производственных площадей в цехе на установку сгустителей и экономия материалов на их сооружение. Однако в многокамерных сгустителях высота камер ниже, чем в однокамерных, отчего уменьшается время пребывания шлама в зоне уплотнения и, следовательно, снижается степень его уплотнения. Это и свою очередь требует увеличенного ввода воды в систему на промывку шлама. Более низкая степень уплотнения шлама—основной недостаток многокамерных сгустителей. Кроме того, многокамерные сгустители более сложны в обслуживании, чем однокамерные. Поэтому на новых заводах устанавливают однокамерные сгустители диаметром до 30—40 м с увеличенной высотой бака.

     В районах с холодным и умеренным климатом сгустители и промыватели красного шлама следует устанавливать в здании; в районах с теплым климатом их устанавливают обычно под открытом небом (вне здания).

     Гидросмеситель (репульпатор) служит для смешения шлама с промводой. Одна из конструкции гидросмесителя представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 2—3 м с коническим днищем. Промвода поступает в гидросмеситель через сопло, которое тангенциально врезано в его корпус. IIIлам вводится в гидросмеситель сверху, полученная пульпа откачивается снизу. 

10. Отделение и промывка красного шлама

     Вареная пульпа после автоклавного выщелачивания  диаспоровых и бемитовых бокситов содержит около 260г/дм³ Na²O и около 250г/дм³ Al²O³ . Такие растворы близки к насыщению, поэтому гидролиз алюмината в них будет идти крайне медленно. Кроме того, высокая вязкость таких растворов не позволит отделить твердый остаток – красный шлам. Поэтому целесообразно разбавить такие пульпы первой промывной водой от многократной противоточной промывки. Разбавлением решаются три задачи: снижается вязкость раствора, достигается нужная степень пересыщения раствора Al(OH)₃ , протекает процесс обескремнивания раствора. Если в автоклаве к концу выщелачивания кремниевый модуль  µ_Si алюминатного раствора равен 180, то при разбавлении он достигает 300, т.е тех значений, при которых получается оксид алюминия требуемой чистоты. (рис 1). При разбавлении состав пульпы изменяется по лучу АО. В результате раствор попадает в область, пересыщенную SiO₂ относительно гидроалюмосиликата натрия (ГАСН). Во избежание выделения ГАСН во время декомпозиции пульпу при разбавлении выдерживают. При наличии шлама, играющего роль затравки, обеспечивается обескремнивание (линия ВС) до равновесной концентрации по SiO₂ (точка С) с µ_Si=300.

     Процесс осаждения частиц красного шлама  в алюминатном растворе осуществляется под действием сил тяжести. С  определенной долей условности этот процесс может быть описан уравнением Стокса для скорости осаждения шарообразной частицы в условиях свободного падения:

     ω_ос=1/18 * d² (p1-p2) *1/µ,

     где ω_ос – скорость оседания частиц, м/с, d – диаметр частицы, м, р1 – плотность частицы, кг/м³, р2 – плотность среды, кг/м³, µ - коэффициент вязкости среды, кг * с/м².

     В реальных условиях для полидисперсной пульпы в расчетах вместо d надо использовать величину удельной поверхности, а так же учитывать, что процесс проходит в условиях стесненного падения частиц.

     Из  приведенного уравнения видно, что  скорость осаждения частицы зависит  от ее диаметра ( или величины удельной поверхности), плотности и вязкости жидкой среды. Отсюда важен выбор оптимальной крупности помола боксита, обеспечивающей высокое значение извлечения Al₂O₃ . Разбавление – важный фактор интенсификации процесса осаждения, поскольку оно существенно снижает вязкость µ и плотность среды р2.

     Крупность частиц шлама зачастую не зависит  от помола боксита, а связана с  распадом частиц во время выщелачивания. Наиболее тонкодисперсный шлам образуется при выщелачивании гиббситовых и бемитовых бокситов (р1=2,7-2,8); при выщелачивании диаспоровых бокситов образуется более плотный шлам (р1=3,1-3,2). Кроме того, крупность частиц зависит от их способности к агрегации, т.е к образованию хлопьев. В присутствии крупных частиц хлопьеобразование идет с большей скоростью, также положительно на него влияет увеличение Ж:Т, поскольку в этом случае возрастает вероятность столкновения частиц.

     На  величину скорости отслаивания оказывает  влияние и фазовый состав красного шлама. Неполное извлечение Al2O3 приводит к снижению скорости отслаивания – плотность шлама с недовыщелоченным Al2O3 ниже. Скорость отстаивания зависит от содержания ГАСН в шламе (SiO2 в боксите). Чем оно выше, тем хуже шлам отстаивается. Оказывает влияние на скорость осаждения и структура образуемого ГАСН. Чем более тонкозернистый ГАСН, тем больше он удерживает воды, и тем хуже отслаивается. Большое значение для передела сгущения и промывки красного шлама имеет форма гидроксида Fe. При температуре выщелачивания t=230 процесс дегидратации для гидроксидов Fe является необратимым только для гидрогематита. В то же время лимонит и гетит, теряя воду на выщелачивании, вновь гидратируются на сгущении и промывке шлама; последний разбухает , плохо отстаивается и отмывается от щелочи. Только в условиях высокотемпературного выщелачивания t=260 процесс дегидратации становится необратимым для всех гидроксидов Fe.

     Низка скорость отстаивания шламов от выщелачивания  бокситов, содержащих сидерит и мельниковит  – пирит, в связи с особенностью поведения этих соединений при выщелачивании  – образованием тонкодисперсных  соединений гидроксида Fe(II) и гидрокситиоферрата Na.

     Механизм  явлений при сгущении красного шлама  не является окончательно выясненным. Основными процессами, протекающими при сгущении, являются коагуляция и флокуляция. При коагуляции отдельные  частицы шлама, заряженные положительно благодаря наличию двойного электрического слоя, под влиянием добавок (коагулянтов) теряют заряд, становятся электронейтральными, и при этом резко уменьшается  толщина гидратной пленки на поверхности  частиц. Между частицами появляются силы сцепления, и в результате образуются хлопья.