Выщелачивания бокситов применительно к условиям 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 обескремнивания, чтобы получить в дальнейшем хорошего качества гидроокись алюминия.

При выщелачивании боксита  кремнезем переходит в раствор  в виде силиката натрия, а затем  осаждается в форме гидроалюмосиликата 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 23 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.

По достижении некоторой  предельной метастабильной концентрации SiO₂ обескремнивание раствора идет значительно быстрее растворения кремнезема, а к концу выщелачивания в растворе кремневый модуль ( _Si)увеличивается до 100150, оставаясь в 1,52 раза меньше, чем допустимо для декомпозиции. При разбавлении пульпы растворимость алюмосиликата уменьшается и _Si повышается до 200250 [1].

3.6.3 Отделение  и промывка красного шлама

Пульпа после выщелачивания  бокситов разбавляется первой промводой  от промывки красного шлама до концентрации Al₂O₃ 120150 г/л. Разбавление необходимо для завершения обескремнивания алюминатного раствора и снижения вязкости раствора до величин, обеспечивающих отделение красного шлама с приемлимыми для практики скоростями.

При переработке бокситов по последовательному способу Байерспекания  красный шлам сначала фильтруют, а затем направляют 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 возрастает 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 гиббситбемитовые бокситы дают более тонкое и лучше откристаллизованные шламы (особенно частицы ГСН). При медленном их отстаивании значительно снижается производительность передела, увеличивается 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 органических 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 95^о С. Если каустический модуль алюминатного раствора недостаточен, то во избежание гидролиза закрепляют оборотным раствором с повышенным а_к.

Алюминатный раствор  после отделения от красного шлама  содержит 0,11,0 г/л твердой взвеси самых тонких фракций шлама. Такой  раствор перед разложением подвергают контрольной фильтрации 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; Na₂O_к 103,65; СО₂ 10,54; Н₂O 1041. Плотность 1280 кг/м³, а = 1,55.

4) Состав оборотного  раствора, г/л: Al₂O₃ 113,7; Na₂O_общ 223,5; N₂О_ок 202; СО₂ 15,26; Н₂O 1048 кг/м³. Плотность 1440 кг/м³, а_к = 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 расчетов).

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) рассчитывается по формуле:

 

 

где а_а и а_о – каустическое отношение алюминатного

и оборотного растворов соответственно;

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

на мокрый размол, кг;

n – содержание Na₂O_k в оборотном растворе, кг/м³.

В этом количестве оборотного раствора содержится, кг:

Al₂O₃ = 113,7. 10,15 = 1154,06 кг

Na₂O_k = 202. 10,15 = 2050,3 кг

Na₂O_у = 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

Компоненты	Введено, кг			Получено, кг
	боксит влажн.	оборотн рр	Всего	сырая пульпа	потери	Всего
1	2	3	4	5	6	7
Al2O3	1111,94	1154,06	2266	2259,3	6,7	2266
Na2Oу		218,23	218,23	218,23		218,23
Na2Oк		2050,3	2050,3	2043,1	7,2	2050,3
Fe2O3	300,99		300,99	299,18	1,81	300,99
SiO2	348,26		348,26	346,16	2,1	348,26
CaO	24,88		24,88	24,73	0,15	24,88
CO2	42,79	154,89	197,68	197,42	0,26	197,68
ППП	572,14		572,14	568,69	3,45	572,14
прочие	64,18		64,18	63,79	0,39	64,18
Н2О	512,44	10637,2	11149,64	11149,64	3,09	11149,64
Итого	2977,62	14214,68	17192,3	17167,15	25,15	17192,3

 

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. складывается в основном из двух статей: образования гидроалюмосиликата 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 составит:

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

Na₂O_к = 3,81. 103,65 = 394,9

Na₂O_у = 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 разбавление пульпы с 1й промводой от противоточной промывки красного шлама.

В 1й промводе содержится, кг:

Al₂O₃ = 419,1 – 4,46 = 414,64 кг

Na₂O_к = 394,9 – 4,8 = 390,1 кг

Na₂O_у = 56,58 кг

CO₂ = 40,16 кг

Количество Н₂О в 1й промводе рассчитывается так. В алюминатном растворе содержится 1906,84 кг Al₂O_3.

На это количество Al₂O₃ приходится Н₂О, кг:

1906,84. 1041: 110 = 18045,64 кг

Тогда с 1й промводой  вносится воды, кг:

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

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

 

Таблица 5 – Баланс выщелачивания

Компоненты	Введено, кг			Получено, кг
	сырая пульпа	конденсат	Всего	красный шлам	жидкая фаза пульпы	потери
1	2	3	4	5	6	7
Al2O3	2259,3		2259,3	348	1906,84	4,46
Na2Oу	218,23		218,23		218,23
Na2Oк	2043,1		2043,1	211,5	1826,8	4,8
Fe2O3	346,16		346,16	346,16
SiO2	299,18		299,18	299,18
CaO	24,73		24,73	24,73
СО2	197,42		197,42		197,42
Прочие	63,79		63,79	63,79
П.п.п.	569,69		568,69	101,43	467,26
Н2О	11146,55	686,69	11833,24		111833,24
Итого:	17167,15	686,69	17853,84	1394,79	16449,79	9,26

 

Таблица 6 – Баланс сгущения

Компоненты	Введено, кг				Получено, кг
	красный шлам	жидкая фаза пульпы	1я промвода	Всего	красный шлам	алюм инатный рр с  кр. шламом	алюми натный  рр на декомпоз.	Всего
Al2O3	348	1906,84	414,64	2669,48	348	414,64	1906,84	2669,48
Na2Oк	211,5	1826,8	390,1	2428,4	211,5	390,1	1826,8	2428,4
Na2Oу		218,23	56,58	274,81		56,58	218,23	274,81
Fe2O3	346,16			346,16	346,16			346,16
SiO2	299,16			346,16	346,16			346,16
CaO	24,73			24,73	24,73			24,73
СО2		197,42	40,16	237,58		40,16	197,42	237,58
Прочие	63,79			63,79	63,79			63,79
П.п.п.	101,43	467,26		568,69	101,43		467,26	568,69
Н2О		11833,24	10178,61	22011,85		3966,21	18045,64	22011,85
Итого:	1394,79	16449,79	11080,09	28924,67	1394,79	4867,69	22662,19	28924,67

 

 

Таблица 7 – Баланс промывки красного шлама

Компоненты	Введено, кг				Получено, кг
	красный шлам	алюминт. рр с  красн шламом	вода на промывку	Всего	красный шлам на спекание	промвода, увлек. кр. шламом	1я промвода  на разбавл.	Всего
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Al2O3	348	414,64		762,64	348		414,64	762,64
Na2Oк	211,5	390,1		601,6	211,5		390,1	601,6
Na2Oу		56,58		56,58			56,58	56,58
Fe2O3	346,16			346,16	346,16			346,16
SiO2	299,16			299,18	299,16			299,18
CaO	24,73			24,73	24,73			24,73
СО2		40,16		40,16			40,16	40,16
Прочие	63,79			63,79	63,79			63,79
П.п.п.	101,43			101,43	101,43			101,43
Н2О		3966,21	7264,61	11230,82		1052,21	10178,61	11230,82
Итого:	1394,79	4867,69	7264,61	13527,09	1394,79	1052,21	11080,09	13527,09