Участок сгущения и промывки красных шламов в однокамерных аппаратах глиноземного цеха

     При флокуляции происходит нарушение устойчивости взвеси вследствие адсорбции органических гетерополярных веществ на поверхности  частиц. В этом случае создаются  предпосылки для проявления сил  сцепления, между углеводородными  частями закрепившихся на поверхности  молекул или ионов флокулянта.

     В производственных условиях для ускорения  процесса отстаивания используют различные  добавки. На отечественных заводах  широко используется ржаная мука (0,4-1,5кг/т  шлама), на зарубежных заводах используется крахмал (7-8 кг/т шлама). Использование  синтетических флокулянтов –  седипур, полиакриламил, алклар и др. – несмотря на полученный эффект не продвинулось дальше полупромышленных испытаний, прежде всего из-за высокой  их стоимости.

     Аппаратурно-технологическая  схема передела состоит из трех основных операций: 1)отделение основной массы  раствора отстаиванием в сгустителях; 2) извлечение раствора, увлеченного  шламом, методической промывкой последнего в системе промывателей с промежуточной репульпацией; 3) контрольная фильтрация для слива со сгустителей.

     Для отделения и промывки красного шлама  от алюминатного раствора используют в основном сгустители. По устройству и принципу действия сгустители и  промыватели одинаковы.

     При отстаивании пульпы в сгустителе образуется несколько зон, которые  отличаются друг от друга отношением Ж:Т. Однокамерный сгуститель представляет собой стальной или бетонный чан с коническим днищем (уклон около 10 градусов). Пульпа поступает по желобу в загрузочную трубу, опущенную до зоны свободного оседания частиц, гже Ж:Т такое же, как у поступающей пульпы, -18:1. Пульпа растекается с убывающей к стенкам скоростью, и происходит оседание частиц шлама на дно сгустителя, откуда гребками он перемещается к центру и разгружается через патрубок (на выгрузке Ж:Т=3:1). Осветленный раствор перетекает через внутренний борт и по кольцевому желобу между ним и стенками чана стекает в трубу. Удельная производительность такого сгустителя составляет 0,15-0,3м³/(м²*ч).

     Один  из таких сгустителей диаметром 40м с верхним приводом на пролетном  строении, с жестокой гребковой системой и периферической разгрузкой сгущенного шлама представлен на рис. 2.

     Длительное  время в глиноземной технологии использовались многоярусные сгустители – 3 и 5-ярусные, параллельного действия. Считалось, что в сравнении с одноярусными у них есть преимущества: уменьшается расход железа на сооружения и сокращается площадь отделения сгущения и промывки. Многолетние исследования показали, что в одноярусных сгустителях большого диаметра (d>30м) в сравнении с многоярусными достигаются более глубокое уплотнение шлама и последующая лучшая его отмывка, и, кроме того, они более просты и удобны в обслуживании.

     В качестве промывателей могут использоваться как одноярусные, так и многоярусные аппараты, причем и в системе промывки красных шламов, как показал опыт венгерских заводов, одноярусные аппараты имеют преимущества перед многоярусными.

     В последние годы в зарубежной практике все шире применяется заключительная операция фильтрации для промытого  красного шлама с целью сокращения расхода воды на промывку шлама и  для его дальнейшей утилизации. Для  этих целей эффективно используются дисковые фильтры и барабанные вакуум-фильтры, снабженные роликом.

     Слив  со сгустителей характеризуется  остаточным содержанием твердого до 1г/дм³. Поэтому заключительная операция на переделе – контрольная фильтрация. Для ее осуществления на наших заводах используются листовые вертикальные фильтры ЛВАЖ и песочный (бокситовый) фильтр ЭПАС.

     Первый  из них – стандартный, широко применяемый  в металлургии и химии. Применяемые  на контрольной фильтрации фильтры  ЛВАЖ имеют поверхность фильтрации 125 или 225м² при удельной производительности 0,7-1,5м³/(м²*ч).

     Второй  – впервые применяется на Николаевском глиноземном заводе. Он напорного  типа, с фильтрующим слоем из трех фракций боксита (снизу – самая  крупная) высотой 3,4м. Для удаления частиц шлама предусмотрена регенерация  – промывка промводой и щелочным раствором. Периодически (1 раз в 6-8месяцев) бокситовую загрузку заменяют на свежую. Песочный фильтр диаметром 3,6м² (сечением 10м²) и высотой 7,7м имеет производительность 100м³/ч раствора.

 

     

     10.1 Обслуживание сгустителей и промывателей

     В основном сводится к контролю за их бесперебойной работой и поддержанию определенных технологических параметров. Регистрируются и контролируются следующие технологические параметры: содержание твердого в сливе сгустителей (промывателей), ж:т в сгущенном шламе, 
температура поступающей на промывку шлама воды, содержание щелочи в первой промывной воде. С учетом конкретных условии для каждого предприятия устанавливаются нормативы по коэффициенту использования сгустителей, скорости слива, ж : т в сгущенном шламе, удельному расходу флокулянта и воды на промывку шлама.

     Примерные показатели работы сгустителей и  промывателей:

     ж:т в сгущенном шламе не более 3,5; содержание твердых частиц в сливе сгустителей не более 0,1 г/л; содержание щелочи (Na₂O) в первой промводе 50—60 г/л; расход воды на промывку 1 т шлама  
6—7 м³, скорость слива 0,2—0,3 м³/(м².ч).

     Рис. 5. Схема приготовления 

     коагулянта:

     1 — бункер; 2— питатель; 3 - винтовой конвейер; 4 и 5 - мешалки. 6 - насосы

     

     Для ввода коагулянта в процесс применяют  различные схемы. 
Примерная схема показана на рис. 5. Поступающая мука загружается в бункер, из которого с помощью питателя и винтового конвейера подается в мешалку приготовления коагулянта 4. Здесь мука перемешивается с промводой от промывки красного шлама.

     Из  мешалки 4 полученный коагулянт перетекает в расходную мешалку 5, из которой  насосами подается в необходимом  количестве в сгустители и промыватели. Температура коагулянта 70—90 °С поддерживается за счет теплоты пара, вводимого в мешалки. Содержание твердого в коагулянте до 10 г/л.

 

     

     10.2 ФАКТОРЫ ВЛИЯЮЩИЕ НА СГУЩЕНИЕ

     Основные  факторы, влияющие на сгущение:

     1) минералогический и гранулометрический  состав материала

     2) плотность и форма частиц

     3) плотность и вязкость жидкой  фазы

     4) температура пульпы,

     5) PH пульпы

     6) 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.

 

     

     11. Материальный баланс процесса параллельного варианта комбинированной схемы Байер – спекание.

1.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ  ДЛЯ РАСЧЕТА.

1.1.Сырье: боксит  месторождений.

СУБР – перерабатывается в гидрохимической ветви.

ЮУБР – перерабатывается в ветви спекания.

Составы:

             СУБР ЮУБР

Al₂O₃ 51,2 49,53

Fe₂O₃ 22,0 20,33

SiO₂ 5,1 9,30

S 0,8 0,83

CaO   3,3 4,15

CO₂   2,9 2,7

TiO₂   3,2 2,06

ППП   11,1 10,43

ПР    0,4 0,67

H₂O    8,69 4,1

1.2. ОБОРОТНАЯ  СОДА

Na₂O_об - 400 г/дм³   

Na₂O_у – 300 г/дм³

Na₂O_к – 100г/дм³

Al₂O₃ – 56 г/дм³

γ  – 1546 т/м³

1.3.Оборотный  раствор:

Na₂O_к = 302 г/дм³

Na₂O_у = 22 г/дм³

CO₂ = 15,6 г/дм³

Al₂O₃ = 140 г/дм³

SiO₂ = 0,85 г/дм³

α _к = 3,56

γ = 1444 кг/м³

1.4.Известняк:

CаO – 44%

SiO₂ – 1,7%

ППП – 40,2%

ПР – 13,5%

1.5.Известь:

CаO – 85,5%

CO₂ – 0,4%

SiO₂ – 0,16%

ППП – 2,87%

ПР – 11,07%

1.6.Товарные выходы:

Гидрохимия – 85%

Спекание – 80%

1.7.Разложение  алюминатных растворов:

Гидрохимия – 52%

Спекание – 56%

1.8.Распределение  потерь Na₂O на 1 т Al₂O₃ :

Байер           Спекание

1.Нерастворимая          28                   106

2.Растворимая               1,4                     -

3.С сульфатами              5,5                 44,5

4.С продукцией             4,4                  4,4

5.При спекании               -                     15

6.Прочие                         3,8                   3,8

Итого                               43,1               173,7

2. РАСЧЕТ СООТНОШЕНИЯ  ВЕТВЕЙ.

2.1. Расход боксита  на 1 т. Al₂O₃ :

Спекательный 988х100/49,53х0,80=2493,4 т.

Гидрохимический 988х100/51,2х0,85=2270,3 т.

2.2. Расход Na₂O на 1 т. спекательного боксита:

На Al₂O₃ – 493,3 х 0,608 = 301,1

На Fe₂O₃ – 203,3 х 0,3878 = 78,8

На S – 8,3 х 1,94 = 16,1

Итого: 396,0

2.3. Образование  Na₂O в процессе

2270,3(2,49-1,91)х62/44х100= 18,6 т.

Итого образуется в ветви Байера:

Na₂O = 63,6 + 18,6 =82,2

2.4 Поступит в ветвь спекания с оборотной содой:

Na₂O = 82,2/75 х 100 = 109,6

75 - % соды в  содовом растворе.

2.5. Определим  долю спекания ветви:

(82,2 + 43,1)Х = 396х2,5448х173,7

126,4Х = 834

Х = 6,672

1/Х = 1/6,672 = 0,15

Таким образом, доля спекания ветви равна 15%.

2.6. Определим  расход сухого боксита по ветвям:

Гидрохимия: 0,85х2270,3=1929,7

Спекание: 0,15х2493,4=374,0

2.7. Определим  ввод глинозема по ветвям

Гидрохимия : 0,512х1929,7=988

Спекание: 0,4953х374=185,24

2.8.Определим  вывод глинозема в товарную  продукцию по ветвям:

Гидрохимии: 988х0,85=839,81

Спекание: 185,24х0,8=148,19

2.9. Товарный  выход по цеху составит:

В_т=(85х85% + 15х80%)/100 = 84,3%

3 РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО  БАЛАНСА ГИДРОХИМИЧЕСКОЙ ВЕТВИ  (БАЙЕРА)

3.1. Вес влажного  боксита, вводимого в ветвь:

2049,7 – 91,31

     Х      –   100