Основы металлургии (стр. 17 )

Разбавленную промывными водами вареную пульпу подвергают отстаиванию, а полученный красный шлам многократной противоточной промывке и затем направляют на шламовое поле. Аппаратурно-технологическая схема передела состоит из трех основных операций:

1) отделение основной массы раствора отстаиванием в сгустителях, 2) извличение раствора, увлеченного шламом, методической промывкой последнего в системе промывателей, 3) контрольная фильтрация для слива со сгустителей. В качестве сгустителей используются одноярусные и многоярусные аппараты.

Алюминатный раствор после дополнительной очистки фильтрацией и охлаждения поступает на декомпозицию - гидролитическое разложение в присутствии большого количества затравочного гидроксида. К числу основных факторов, влияющих на процесс декомпозиции относятся: I) количество и качество затравки, 2) температурный режим процесса, 3) концентрация алюминатного раствора, 4) каустические мод) характер перемешивания, 6} наличие примесей в алюминатном растворе. Процесс декомпозиции осуществляют непрерывно в батарее декомпозеров. Она включает в себя приемную емкость для алюминатнош раствора, систему для охлаждения раствора (пластинчатые теплообменники или вакуум-охладительные установки). Нитку декомпозеров и гидросепаратор для отделения затравочного и продукционного гидроксида.

Полученный при декомпозиции гидроксид отделяется от маточного раствора сгущением или фильтрацией. Сгущенный гидроксид подвергается промывке и последующему разделению на две неравные части. Большая (до 75%) ее часть выступает в качестве затравки, меньшая (не менее 25%) – крупнозернистая - в качестве продукционного гидроксида. Для подготовки маточного раствора после декомпозиции к выщелачиванию новой порции боксита из процесса должна быть выведена вода, добавленная для разбавления вареной пульпы. Количество воды, которую надо выпарить, примерно соответствует разности между объемами алюминатного и оборотного pacтворов. Маточный раствор от декомпозиции вместе с водами от промывки гидроксида поступает на выпарку, где концентрация щелочи доводится до нужного значения, а также в ряде схем выводятся примеси из алюминатного раствора, в первую очередь сода и органика. В зависимости от движения пара и раствора различают три схемы многоступенчатой выпарной установки: прямоточная, противоточная, смешанного тока.

Раствор на основе выделенной соды или одна из промывных вод красного шлама направляется на каустификацию известковым молоком с целью снижения расхода свежей щелочи, идущей на восполнение потерь щелочи в цикле. Аппаратурно-технологическая схема известковой каустификации предусматривает аппаратуру для получения известкового молока. В аппарате для гашения СаО получают раствор известкового молока, отделяют крупные частицы и слив с классификатора направляют вместе с содовым раствором и промводой от промывки шлама в систему каустицеров. В системе, состоящей из 3-5-каскадно расположенных аппаратов, процесс осуществляется непрерывно при продолжительности в среднем около 2-х часов.

Гидроксид идет на кальцинацию, после которой получается готовый продукт - Al2O3 - металлургический глинозем для электролитического производства алюминия и неметаллургический для различных отраслей промышленности. Аппаратурно-технологическая схема процесса состоит из следующих стадий. 1) подогрев гидрата, включающий сушку и дегидратацию, 2) перекристаллизация оксида А1, 3) охлаждение глинозема с регистрацией тепла готового продукта.

Маточный раствор, после выпарки и отделения примесей превращенный в оборотный, возвращается в голову процесса для выщелачивания новой порции боксита, замыкая тем самым круговое движение в процессе.

4.2  Производство глинозема по способу спекания.

Способ спекания является универсальным и применим к сырью с любым значением кремневого модуля. Сущность способа состоит в переводе из сырья кремния в малорастворимое в щелочных растворах соединение - ортосиликат кальция 2СаО*SiО2, а алюминия и железа - в алюминат (Na2O*AI2O3, Na2O*Fe2O3) и феррит натрия для бокситовых и нефелиновых шихт, и в алюминаты кальция - для бесщелочного сырья. Указанные соединения образуются путем спекания заранее приготовленной шихты - основного передела в рассматриваемом способе, давшего название способу. На стадии выщелачивания спека в раствор переходят полезные компоненты Na2O и А12О3. Однако поскольку ортосиликат кальция, взаимодействуя с алюминатным раствором, разлагается и загрязняет алюминатный раствор SiO2 введен передел двухстадийного обескремнивания с удалением из раствора на первой стадии ~ гидроалюмосиликата натрия и на второй - гидрограната калия. Очищенный от кремния раствор подвергается разложению карбонизацией, в ходе которой образуется А1(ОН)3 и раствор карбонатов. Гидроксид направляется на кальцинацию с получением оксида алюминия, а карбонатный маточник после выпарки поступает в начало процесса на приготовление шихты (для 6окситов) или глубокую выпарку с получением соды и поташа как конечных продуктов. Также находит применение и остающийся после выщелачивания белитовый шлам, который идет на получение цемента, что создает условия комплексной безотходной технологии переработки нефелинов.

При спекании глиноземсодержащих шихт происходят химические реакции между твердыми порошками исходных компонентов при наличии небольшого количества жидкой фазы. Бокситовые шихты спекаются при 1200-1250 °С, нефелиновые - при 1250-1300 °С разница между температурой начала спекания и начала заметного плавления шихтовой смеси называется температурной площадкой спекообразования.

Спеканию всегда предшествует передел подготовки исходной шихты. Подготовка сводится к выполнению следующих основных операций 1) дробление исходной руды, 2) дозировка компонентов шихты, 3) мокрый размол, 4) корректировка шихты.

Руды поступают на завод, как правило, в виде крупных кусков. В зависимости oт крупности, твердости и влажности дробление руды ведут в молотковых, щековых и конусных дробилках. Затем с помощью питателей, ленточных весов и автоматических весовых дозаторов проводится дозировка компонентов шихты для обеспечения нужного соотношения компонентов в исходной шихте. Мокрый размол ведут в многокамерных шаровых мельницах, работающих или в открытом цикле, или вместе с гидроциклонами. Размол нефелиновой шихты осуществляется в две стадии - сначала раздельный - нефелина и известняка, затем – совместный. В этой операции используется оборотный раствор, куда входит упаренный карбонатный раствор, белый шлам с передела обескремнивания и скрубберная пульпа с отделения спекания. Дозировка оборотного раствора должна обеспечить попечение требуемой влажности пульпы 30%. Подготовленная таким образом пульпа подается в коррекционные бассейны. Из этих бассейнов пульпа после анализа и соответсвующей дозировки поступает на заключительную операцию - корректировку состава. Она производится на основе анализа путем смешения необходимых количеств пульпы из коррекционных бассейнов.

Для спекания применяются барабанные (тру6чатые вращающиеся) печи. Нефелиновая пульпа подается в печь «наливом» с помощью кошевых дозаторов. Для предотвращения образования настылей и улучшения теплообмена в зоне сушки используется цепная завеса. В качестве топлива используется мазут, природный газ и уголь. Подача мазута и газа осуществляется с помощью воздушных (паровых) или механических форсунок. Угольная пыль подается шнековыми питателями в газоход первичното воздуха.

Охлаждение алюминатных спеков осуществляется в холодильниках двух типов: барабанных и колосниковых. В барабанных холодильниках осуществляется комбинированное воздушно-водяное охлаждение спека. В колосниковом холодильнике холодный воздух проходит через движушийся слой спека и охлаждает его.

Одно из направлений совершенствования аппаратурно-технологической схемы передела так называемый «сухой» способ спекания. Как показали исследования при этом способе спекания в барабанных печах термический к. п.д. повышается до 50% (вместо 30% при «мокром» способе). Наиболее перспективным среди них является вариант, при котором предварительный нагрев шихты и декарбонизация осуществляются во взвешенном состоянии в системе циклонных теплообменников и кальцинаторе, а спекание - в короткой барабанной печи.

Существующие способы выщелачивания делятся на три группы проточные, агитационные и комбинированные, сочетающие два первых способа. Крупные фракции бокситовых спеков обычно выщелачиваются проточным методом. Агитационному выщелачиванию подвергают мелкие фракции бокситового спека и нефелиновые спеки. Комбинированные способы используются для выщелачивания крупных фракций как бокситовых, так и нефелиновых спеков. К группе аппаратов проточного типа относятся диффузор - самый первый промышленный аппарат на этом переделе. При выщелачивании в диффузоре спек остается неподвижным, а растворитель (промвода) двигаясь снизу вверх обогащается Na2O и Al2O3. Соединенные последовательно в батарею из 12-15 аппаратов диффузоры дают возможность получить относительно крепкие алюминатные растворы с малым содержанием твердого при совмещении в одном аппарате трех процессов - выщелачивание спека, отделение раствора от шлама и его промывки. Для агитационного выщелачивания применяют мешалки и мельницы. Аппарат из комбинированной группы, в котором сочетаются два принципа - aгитационный и проточный - трубчатый выщелачиватель.

Алюминатные растворы после выщелачивания спека имеют низкий кремневый модуль, что не позволяет получить из таких растворов удовлетворяющий потребителей А12О3, поэтому перед разложением такие растворы должны подвергнуться специальной операции – обескремниванию. Эта очистка от кремнезема тем более необходима поскольку в большинстве применяемых схем, перерабатывающих глиноземсодержащее сырье по способу спекания для разложения алюминатных растворов применяется глубокая карбонизация. Кремневый модуль раствора перед карбонизацией с целью получения высококачественного гидроксида Аl должен быть не менее 1000. Обескремнивание осуществляется в две стадии. На первой стадии создаются условия для наиболее полной кристаллизации ГАСН. Процесс может быть осуществлен как в безавтоклавных условиях в присутствии большого количества затравки ГАСН для разбавленных растворов, так и при повышенной температуре. При выщелачивании нефелиновых спеков образуются смешанные натрий-калий-алюминатные растворы. Присутствие К2О отрицательно влияет на скорость и глубину обескремнивания, поскольку у гидроалюмосиликатов калия растворимость выше чем у ГАСНов. Отмечено некоторое обогащение калием смешанных натрий-калий растворов после первой стадии обескремнивания. Лимитирующей стадией на начальном этапе обескремнивания первой стадией является химическая. Об этом свидетельствует величина энергии активации, равная 84 кДж/моль и порядок реакции, близкий ко второму. Со временем процесс смещается в переходную, а затем и в диффузионную область. Поэтому важным фактором, влияющим на скорость всего процесса, является перемешивание. Полученный после первой стадии обескремнивания алюминатный раствор имеет кремневый модуль 300-400. Если в схеме для такою раствора предусматривается декомпозиция или комбинация карбонизации с довыкручиванием, такое значение кремневого модуля будет приемлемым. Однако, если раствор подвергается глубокой карбонизации, то для получения высококачественного глинозема значение кремневого модуля необходимо поднять до значения 1000. Для выполнения этой задачи и служит вторая стадия обескремнивания. Для более полного осаждения кремнезема из растворов испопьзуют очень малую растворимость другого кремнийсодержащего соединения – гидрограната. Для снижения потерь А12О3 со шламом при обескремнивании большую часть SiO2 необходимо выделять в составе ГАСН на первой стадии процесса.