Выщелачивание бокситов в условиях ПАЗа

3.6.2. Обескремнивание алюминатного раствора

Условия выщелачивания боксита должны обеспечивать не только максимальное извлечение окиси алюминия из сырья в алюминатный раствор, но и необходимую степень его обескремни-вания, чтобы получить в дальнейшем хорошего качества гидро-окись алюминия.

При выщелачивании боксита кремнезем переходит в раствор в виде силиката натрия, а затем осаждается в форме гидроалюмо-силиката натрия.

Кривые изменения содержания Al2O3 и SiO2 в растворе (см. рис. 4) совсем не похожи одна на другую.

Кривая для Al2O3 сначала круто поднимается, поскольку глинозема больше всего растворяется за первый час варки, а через 2-3 ч его содержание в растворе становится почти постоянным. Содержание SiO2 за первый час варки нарастает еще резче, чем Al2O3, но до некоторого максимума, а затем почти также быстро убывает, после чего кривая медленно приближается к горизонтали.

Рисунок 4 – Изменение содержания Al2O3 (1) и SiO2
в растворе при выщелачивании боксита

По достижении некоторой предельной метастабильной кон-центрации SiO2 обескремнивание раствора идет значительно быст-рее растворения кремнезема, а к концу выщелачивания в растворе кремневый модуль (Si)увеличивается до 100-150, оставаясь в 1,5-2 раза меньше, чем допустимо для декомпозиции. При разбавлении пульпы растворимость алюмосиликата уменьшается и Si повы-шается до 200-250 [1].

3.6.3. Отделение и промывка красного шлама

Пульпа после выщелачивания бокситов разбавляется первой промводой от промывки красного шлама до концентрации Al2O3 120-150 г/л. Разбавление необходимо для завершения обескремни-вания алюминатного раствора и снижения вязкости раствора до величин, обеспечивающих отделение красного шлама с приемли-мыми для практики скоростями.

При переработке бокситов по последовательному способу Байер-спекания красный шлам сначала фильтруют, а затем направ-ляют на спекание.

Скорость осаждения и фильтрации зависит в основном от вязкости жидкой фазы (т.е. от температуры и концентрации) и от кристаллической структуры шлама. Как правило, скорость возрас-тает с повышением содержания окислов железа и снижается при увеличении содержания ГСН в шламе. Поэтому в большинстве случаев бокситы с большим кремневым модулем образуют после выщелачивания красные шламы с лучшими седиментационными свойствами.

При прочих равных условиях гиббситовые и гиббсит-беми-товые бокситы дают более тонкое и лучше откристаллизованные шламы (особенно частицы ГСН). При медленном их отстаивании значительно снижается производительность передела, увеличива-ется число промывок и объем промывочной воды, а также теряется больше глинозема и щелочи с отвальным шламом.

Тонкие частицы красного шлама практически не оседают без предварительной их агрегации (флокуляции с образованием хлопьев). Для этого применяют флокулянты: в основном ржаную муку.

Очень сильно снижается скорость отстаивания (фильтрации) в присутствии в бокситах перита, сидерита и некоторых органичес-ких веществ. При повышенном их содержании шламы зависают и практически не отстаиваются. В таких случаях целесообразно применять предварительный обжиг боксита.

Для снижения вязкости раствора и исключения гидролиза алюмината натрия процесс отделения и промывки красных шламов ведут при температуре не ниже 95о С. Если каустический модуль алюминатного раствора недостаточен, то во избежание гидролиза закрепляют оборотным раствором с повышенным ак.

Алюминатный раствор после отделения от красного шлама содержит 0,1-1,0 г/л твердой взвеси самых тонких фракций шлама. Такой раствор перед разложением подвергают контрольной фильт-рации на фильтрах ЛВАЖ [9].

3.7. Расчеты технологического процесса

3.7.1. Подготовка исходных материалов для
переработки их в продукции с характеристикой
их качества

Исходные данные

1)     Минералогический состав боксита:

гиббсит                            - 55 %                            (Al2O3 x 3H2O)

каолит                            - 22,1 %                            (Al4 [Si4O10] (OH)2)

гематит                            - 8,2 %                            (Fe2O3)

гетит                            - 3,1 %                            (FeO(OH)

кварц                            - 3,1 %                            (SiO2)

сидерит                            - 3,0 %                            (Fe[CO3])

прочие                            - 5,5 %

2) Химический состав сухого боксита, %: Al2O3 44,7; Fe2O3 14,0; SiO2 12,1; СаО 1; СО2 1,72; SO3 0,9; прочие 2,58; П.П.П. 23. Влажность боксита 20,6. Кремневый модуль 3,69.

3) Состав алюминатного раствора г/л: Al2O3 110; Na2Oк 103,65; СО2 10,54; Н2O 1041. Плотность 1280 кг/м3, а = 1,55.

4) Состав оборотного раствора, г/л: Al2O3 113,7; Na2Oобщ 223,5; N2Оок 202; СО2 15,26; Н2O 1048 кг/м3. Плотность 1440 кг/м3, ак = 2,92.

5) Разбавление пульпы при выщелачивании  4 %.

6) Ж:Т

              в нижнем продукте сгустителя                                                           3,0

              в нижнем продукте последнего промывателя              2,5

7) Товарный выход Al2O3 в ветви Байера 65,4 %

8) Потери, % от содержания в исходном боксите (см. из рас-четов).

3.7.2. Расчет материального баланса

Общий товарный выход Al2O3 составляет 88,81 %. Тогда для получения 1 т глинозема необходимо подать в процесс

985 : 0,88 : 0,447 = 2495,06

В нем Al2O3 – 1115,29 кг.

Так как потери Al2O3 при дроблении составляют 0,3 %, тогда на размол поступает:

1115,29 – (1115,29 . 0,003) = 1111,94 кг

Количество необходимого оборотного раствора (V, м3) рас-считывается по формуле:

где аа и ао – каустическое отношение алюминатного

                    и оборотного растворов соответственно;

        а и s – содержание Al2O3 и SiO2 в боксите, поступающем

                   на мокрый размол, кг;

        n – содержание Na2Ok в оборотном растворе, кг/м3.

В этом количестве оборотного раствора содержится, кг:

              Al2O3 = 113,7 . 10,15 = 1154,06 кг

              Na2Ok = 202 . 10,15 = 2050,3 кг

              Na2Oу = 21,5 . 10,15 = 218,23 кг

              СО2 = 15,26 . 10,15 = 154,89 кг

              Н2О = 1048 . 10,15 = 10637,2 кг

                  Итого:  14214,68 кг

Полученные данные сводим в таблицу 4.

Таблица 4 – Баланс размола

продолжение таблицы

После выщелачивания боксита весь глинозем боксита за вычетом связанного с SiO2 в виде гидроалюмосиликата натрия и частично недовыщелоченного переходит в раствор, а все примеси остаются в шламе.

В красном шламе содержится:

              Al2O3 = 348 кг

              Na2O = 211,5 кг

              Fe2O3 = 346,16 кг

              SiO2 = 299,18 кг

              CaO = 24,73 кг

              прочие – 63,79 кг

              П.п.п. – 101,43 кг

              Итого: 1394,79 кг

П.п.п. рассчитываем так: общее количество п.п.п. склады-вается в основном из двух статей: образования гидроалюмо-силиката натрия (ГАСН)

Na2O . Al2O3 . 2 SiO2 . 2H2O

и частично за счет нахождения Fe2O3 в составе Fe(OH)3. Принимаем, что весь кремнезем находится в составе ГАСН, тогда п.п.п. в нем составит:

Принимаем, что 10 % от всей окиси железа в шламе находится в форме Fe(OH)3. Тогда количество п.п.п. за счет этой статьи соста-вит:

346,16 . 0,1 . 54 : 160 = 11,68 кг

Общее количество п.п.п. составит:

89,75 + 11,68 = 101,43 кг

При ж:т в сгустителе 3,5 с 1394,7 кг красного шлама будет увлекаться 4881,76 кг алюминатного раствора или V = 3,81 м3, в котором содержится:

              Al2O3 = 3 ,81 . 110 = 419,1

              Na2Oк = 3,81 . 103,65 = 394,9

              Na2Oу = 3,81 . 14,85 = 56,58

              CO2 = 3,81 . 10,54 = 40,16

              H2O = 3,81 . 10,41 = 39,66,21

              Итого: 48,76,95

Это количество Al2O3 и Na2O за вычетом потерь вследствие разложения и недоотмывки шлама будет возвращено на разбав-ление пульпы с 1-й промводой от противоточной промывки крас-ного шлама.

В 1-й промводе содержится, кг:

              Al2O3 = 419,1 – 4,46 = 414,64 кг

              Na2Oк =  394,9 – 4,8 = 390,1 кг

              Na2Oу = 56,58 кг

              CO2 = 40,16 кг

Количество Н2О в 1-й промводе рассчитывается так. В алюми-натном растворе содержится 1906,84 кг Al2O3.

На это количество Al2O3 приходится Н2О, кг:

1906,84 . 1041 : 110 = 18045,64 кг

Тогда с 1-й промводой вносится воды, кг:

18045,64 – 11833,24 + 3966,21 = 10178,61 кг

Определяется как разность между содержанием воды в алю-минатном растворе и содержанием воды в алюминатном растворе, увлеченном красным шламом, и в жидкой фазе пульпы.