Металлургия легких и тугоплавких металлов (стр. 10 )

В ходе проведения испытаний изучено влияние повышенной температуры выщелачивания на технологические показатели глиноземного производства. В промышленных условиях подтверждены результаты многочисленных лабораторных исследований о влиянии температуры выщелачивания на данные параметры технологического процесса, а именно: существенное сокращение продолжительности процесса выщелачивания, двукратное снижение концентрации Na2Oк в бокситовой пульпе, возможность понижения значения каустического модуля выщелоченной пульпы и повышение химического извлечения Al2O3 [2, 4].

Рис.1. Содержание Na2Oк в бокситовой пульпе («сырой»)

Рис. 2.Продолжительность выщелачивания

Рис.3. Каустический модуль выщелоченной пульпы («вареной»)

Рис.4. Извлечение Al2O3 в процентах от теоретического

Определены теплотехнические характеристики четырнадцати кожухотрубчатых подогревателей ОУ ВТВ при нагреве сырой бокситовой пульпы. Наиболее важным показателем является коэффициент теплопередачи данных подогревателей. В течение 480 часов работы снижение коэффициента теплопередачи составило ~52%, с 1537 до 737.

Изучены химические и минералогические свойства отложений, образующихся на греющих поверхностях подогревателей ОУ ВТВ, а также зависимость кинетики их образования от температуры бокситовой пульпы (табл.5, рис.5).

Таблица 5

Фазовый состав отложений, образующихся на греющих поверхностях подогревателей ОУ ВТВ

Номер подогре-вателя	Основные фазы	Сопутствующие фазы	Примесные фазы
4	Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca5(PO4)3F	Гематит - Fe2O3	Гетит - Fe2O3×H2O ГАСН – Na2O×Al2O3×1,7SiO2×2H2O
5	Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca 5(PO4)3F	Гематит - Fe2O3	ГАСН – Na2O×Al2O3×1,7SiO2×2H2O
6	Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca 5(PO4)3F	Гематит - Fe2O3	ГАСН – Na2O×Al2O3×1,7SiO2×2H2O
7	Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca 5(PO4)3F	Гематит - Fe2O3	ГАСН – Na2O×Al2O3×1,7SiO2×2H2O
8	Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca 5(PO4)3F	Гематит - Fe2O3	ГАСН – Na2O×Al2O3×1,7SiO2×2H2O
9	Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca 5(PO4)3F	Гематит - Fe2O3	ГАСН – Na2O×Al2O3×1,7SiO2×2H2O
10	Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca 5(PO4)3F	Гематит - Fe2O3 ГАСН – Na2O×Al2O3×1,7SiO2×2H2O	Гетит - Fe2O3×H2O
11	ГАСН – типа нозеана	Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca5(PO4)3F Гематит - Fe2O3	Гетит - Fe2O3×H2O
12	ГАСН – типа нозеана	Гематит - Fe2O3 Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca5(PO4)3F	Гетит - Fe2O3×H2O Кальцит - СаСО3
13	ГАСН – типа нозеана	Гематит - Fe2O3 Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca5(PO4)3F	Гетит - Fe2O3×H2O Кальцит - СаСО3
14	ГАСН – типа нозеана	Гематит - Fe2O3 Фтор-апатит Ca(PO4)3F, Ca5(PO4)3F	Гетит - Fe2O3×H2O Кальцит - СаСО3

Процесс образования инкрустаций наиболее интенсивно протекает в интервале температур 145÷217ºС, что соответствует подогревателям № 3-9. При этом, начиная с шестого подогревателя, явно просматривается тенденция к снижению толщины инкрустационных отложений. Резкое увеличение количества отложений в подогревателях 10-12, наиболее вероятно, связано с нарушениями ведения технологического процесса.

Рис.5. Зависимость скорости образования инкрустаций на греющих поверхностях подогревателей от температуры бокситовой пульпы

По причине завышенного давления, в межтрубном пространстве данных подогревателей, резко увеличивалась разница температур греющего пара теплообменников и бокситовой пульпы, поступающей на нагрев. В результате чего, на поверхности теплообмена, могло иметь место интенсивное выпадение инкрустационных отложений и накипание красного шлама.

Получены данные по химическому, минералогическому и гранулометрическому составу красных шламов при опытно-промышленной переработке бокситов СТБР (табл.6,7; рис.6,7,8).

Таблица 6

Химический анализ красного шлама выщелоченной пульпы

Наименование	Химический состав, %	CaO SiO2	Al2O3 SiO2	Σ Na2O SiO2	Fe2O3 SiO2
SiO2	Fe2O3	TiO2	Al2O3	CaO	MgO	Σ Na2O
Шлам ОУ ВТВ	13,3	49,0	5,10	14,5	2,16	1,09	6,16	0,162	1,090	0,463	3,684
Шлам автоклавной батареи №1	12,6	45,1	4,87	14,1	7,16	0,89	5,80	0,564	1,119	0,457	3,551

Химический анализ, представленный в табл.6, свидетельствует: потери Al2O3 на единицу SiO2 в шламе выщелоченной пульпы ОУ ВТВ ниже аналогичного показателя, полученного на автоклавной батарее №1; потери Na2O сравнимы, по значению, с промышленным выщелачиванием.

Рис.6. Рентгенограмма фазового состава шламов выщелоченной пульпы (верхняя рентгенограмма – шлам ОУ ВТВ; нижняя рентгенограмма – шлам 1 автоклавной батареи)

Таблица 7

Фазовый состав красного шлама выщелоченной пульпы

Наиме-нование	Основные фазы	Сопутствующие фазы	Примесные фазы
Шлам ОУ ВТВ	Гематит - Fe2O3	Шамозит - (FeO, Fe2O3,Al2O3,SiO2,H2O)	ГАСН - Na2O×Al2O3×1,7SiO2я2H2O Гетит - Fe2O3×H2O Диаспор - Al2O3*H2O (на уровне фона)
Шлам автоклавной батареи №1	Гематит - Fe2O3	Шамозит - (FeO, Fe2O3,Al2O3,SiO2,H2O) ГАСН - Na2O×Al2O3×1,7SiO2×2H2O ГГ - 3СаO×Al2O3×nSiO2×mH2O	Гетит - Fe2O3×H2O Диаспор - Al2O3×H2O (на уровне фона) Кальцит - СаСО3

Сравнение фазового анализа шламов выщелоченной пульпы позволяет сделать следующие выводы: в шламе автоклавной батареи №1 количественно содержится большее число фаз, в состав которых входит Al2O3 и SiO2, что подтверждает результаты химического анализа, согласно которого, потери Al2O3 на единицу SiO2 в шламе выщелоченной пульпы автоклавной батареи №1 выше аналогичного показателя, полученного на ОУ ВТВ. Также следует отметить практически полное отсутствие в шламе ОУ ВТВ гидрограната (3СаO×Al2O3×nSiO2×mH2O) по причине того, что при приготовлении исходной пульпы дозировка СаО к бокситу не производилась.

Рис.7. Гранулометрический состав шлама выщелоченной пульпы ОУ ВТВ

Рис.8. Гранулометрический состав шлама выщелоченной пульпы автоклавной батареи №1

В результате проведения процесса высокотемпературного выщелачивания, как видно из рис.6, 7, образуется более мелкодисперсный красный шлам.

Заключение

По причине отсутствия на предприятиях глиноземной промышленности Российской Федерации опыта ведения процессов высокотемпературного выщелачивания в промышленных масштабах, с использованием кожухотрубчатых подогревателей для глухого нагрева бокситовой пульпы, на опытном участке Уральского алюминиевого завода реализовано высокотемпературное выщелачивание бокситов Тиманского месторождения. В результате было показано: принципиальная возможность выщелачивания бокситов Тимана при температурах 260-268°С с использованием кожухотрубчатых подогревателей, возможность снижения времени проведения процесса в ~6 раз и концентрации Na2Oк в ~2 раза, незначительное увеличение химического извлечения глинозема.

Полученные данные используются при проектировании автоклавного выщелачивания Сосногорского глиноземного завода.

Литература

1. Официальный сайт ОК РУСАЛ (**).

2. , , //Цветные металлы, 1981, №2, с. 57–61.

3. , , //Цветные металлы, 1986, №1,с. 57–61

4. , , //Технико-экономический вестник «Русского алюминия», №18, с. 35-38.

Изучение возможности утилизации возвратной пыли электрофильтров отделения спекания

,

ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет - УПИ», г. Екатеринбург

Одной из немаловажных проблем в ветви спекания, является образование большого количества пыли в процессе получения спекового агломерата.

При попадании шихты в печь спекания с ней происходят различные физико-химические превращения. В связи с этим часть каустической щелочи и продуктов реакций из различных зон печи, увлекается отходящими газами и в виде пыли выносится во внепечное пространство, где улавливается системой газоочистки. При этом усредняется химический и минералогический состав пыли.

Количественный химический анализ показал, что возвратная пыль имеет следующий состав:

Возвратная пыль	ППП	Al2O3	SiO2	Na2O	K2O	MgO	CaO	Fe2O3
Кол-во %	24,78	25,5	2,49	28,3	0,44	0,1	2,49	12,2

По данным ИК-спектроскопии, можно сделать вывод (рис.1), что возвратная пыль состоит из следующих минералов и химических соединений:

3CaO·Al2O3·nCO2·11H2O (гидрокабоалюминаткальция) 1430–1440 см-1 так же на этом пике отмечены колебания δ – OH 1645 см -1, 2Na2O·CaO·2SiO2·2H2O (натриево–кальциевый гидросиликат) с максимумом ~1000см-1, AlOOH (бёмит или диаспор) в зависимости от спекаемого боксита 1145–1152см-1, CaCO3 880см-1 (кальцит или арогонит), а так же Na2O·Al2O3·3H2O–630см-1, Na2O·Fe2O3·nSiO2·(1-2)H2O, n = 0÷0,25 460-470 см-1, соответственно гидроалюминат натрия и гидроферрит натрия [1].

Рис.1 ИК-спектрограммы возвратной пыли:

1–электрофильтр 3-1-1; 2– БАЗ – общая; 3–Т/С электрофильтр

Также, обнаружен спектр поглощения ν–Н2О 3600–3200, не показанный на этой диаграмме, но объясняющий присутствие в составе перечисленных веществ молекул физической воды.

На рис.1 показано три разновидности пыли, в зависимости от состава спекаемой шихты: 1- три части боксита СТБР плюс одна часть кальцит и одна часть содо-сульфатной смеси; 2 - общая пыль системы газоочистки БАЗ; 3- СТБР/СУБР,50/50. Первая и третья кривая пылевозврат электрофильтров. Изменения заключаются, только в интенсивности пиков, что подтверждает предположение об усреднении вещественного состава в системе пылевозврата. Данные ИК-спектрометрии были получены, на приборе фирмы BRECORD M80 (спектральный диапазон – см-1 , принцип измерения – двулучевой с электрическим определением точки нуля и чередующимся прерыванием нулей; точность волновых чисел ±1см-1; разрешающая способность≤ 0,5 см-1).

При всей универсальности состава пыли, особый интерес вызвало минеральное соединение ГКАК (Гидрокарбоалюминат кальция), образующийся в результате взаимодействия кальцита с каустической составляющей содо-алюминатных растворов[3], которыми являются бокситовые шихты отделения спекания УАЗа. Данное предположение возникло в результате ознакомления с работами, которые были направлены на исследования в области производства глинозёма из Кольских нефелиновых руд [3, 4]. В связи с этим нас заинтересовал обжиговый способ получения ГКАК [4]. Условия получения и образования схожи с условиями, происходящими в зоне сушки и кальцинации вращающейся печи спекания бокситов и коррекционных бассейнах сырой шихты. Попадание минерала в систему газоочистки связано с пылеуносом и конструктивными особенностями передела. Рентгеноструктурный анализ показал, что в пыли обнаружено соединение СаАl2(СО)32(ОН)43Н2О (2.09А-6.13А),что также подтверждают данные ИК-спектрометрии.

Для подтверждения наших предположений были проведены ряд экспериментов: по выщелачиванию пыли в дистиллированной воде и щелочно-алюминатном растворе. Экспериментальные данные говорят о том, что более 50% состава спековой пыли легко растворимые соединения в водно-щелочных растворах. Шламы были обработаны при помощи данных ИК-спектрометрии и рентгеноструктурного методов анализа (рис.2).

Рис.2. ИК - спектрограмма шламов:

1- после выщелачивания оборотным раствором УАЗа, 2- после выщелачивания дистиллятом

ИК–спектограммы красных шламов свидетельствуют о нахождении, в областях 400–500см-1 [1] полос поглощения, соответствующих ЖГГ (железистым гидрогранатам 3CaO–Fe2О3–2SiО2–4H2О), что подтверждается данными на дифрактограммах Fe3O(OH) лепидокрокит 6.14А, 3.25А и FeSiO2 ферросиликат 3.17А, 3.14А, 3.04А соответственно, но тем не менее наблюдаются спектры поглощения, с ярко выраженным пиком 1100–1000см-1,что соответствует образованию ГАСН (канкринит-сульфат, содалит). В области 600-500см-1 наблюдается чётко выраженный спектр поглощения отвечающий положению АЖГГ (алюможелезистый гидрогранат 3СаО–(Fe, Al)2О3–SiO2–4Н2О), CaCO3 880см-1 (кальцит или арогонит), ярче выражено на диаграмме № 2, наблюдается также пик соответствующий 3CaO·Al2O3·nCO2·11H2O (гидрокабоалюминаткальция) 1430–1440 см-1, при чём на диаграмме № 2 более интенсивно. Из этого следует, что соединение разлагается только в щелочных растворах высокой концентрации или при других термодинамических условиях.

Исходя из этого, предложена технологическая схема, введения возвратной пыли напрямую в технологический цикл ветви Байера, минуя холодный конец печи спекания, Рассмотрим путь прохождения возвратной пыли в технологическом цикле ветви спекания УАЗа. Пыль, после того как, улавливается системой очистки отходящих газов, собирается в общий шнековый транспортер и поступает в приямок ковшового элеватора, который подает возвратную пыль в пылетракт, через который она попадает в холодную головку печи под факела форсунок сырой шихты. При этом ~ 50% пыли, от загружаемой в агрегат шихты, уносится отходящими газами [2]. Таким образом, кратность пылевозврата в среднем по системе пылеулавливания равна 3–4, после чего пыль окончательно перейдет в спек. В связи с чем, количество энергоносителя на спекание одного и того же количества боксита значительно увеличивается. Так как, в силу технологических особенностей всю пыль вывести из процесса нельзя, рассмотрим только самую проблемную часть, схемы электрофильтров, исходя из того, что этим оборудованием улавливается только самая мелкодисперсная пыль. Кратность пылевозврата фильтров самая большая из всех агрегатов системы пылеулавливания (батарейные циклоны, пылевая камера), в силу опять же легколетучести пыли, большой скорости отходящих газов (3 м/с, ПТО УАЗа), и в связи с этим чрезмерной нагрузки на данный агрегат. В данный момент используются два типа электрофильтров: ГП-73-3А и УГ-2-4-74.

Не вдаваясь в подробности работы электрофильтра и удалив пыль из под агрегата полностью, без попадания её обратно в печь, КПД электрофильтра возрастёт весьма значительно.