Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 14 )

Мощность ветви спекания параллельной схемы должна быть достаточной для каустификации оборотной соды, образующейся в ветви Байера, а также свежей соды, вводимой для компенсации потерь щелочи в обеих ветвях. В противном случае потери щелочи полностью или частично следует компенсировать более дорогим каустиком.

Оборотная сода образуется в результате декаустификации части каустической щелочи за счет СО2 боксита, извести и воздуха.

Кроме того, некоторое количество соды находится в обороте между ветвями. Количество Na2Oy, образующегося за счет СО2 боксита и извести, может быть рассчитано но уравнению декаустификации. Количество углекислой щелочи, находящейся в обороте и образующейся за счет CO2 воздуха, при определении количества оборотной соды принимают но практическим данным.

Мощность ветви спекания, необходимая для каустификации оборотной соды и компенсации потерь щелочи в обеих ветвях, обычно составляет 10—15% от общей мощности обеих ветвей: она зависит от состава бокситов н прежде всего—от содержания СО2 в боксите, который перерабатывается в байеровской ветви.

Мощность ветви спекания может быть и больше, чем это необходимо для каустификации образующейся оборотной соды, а такжесвежей соды, вводимой для возмещения потерь щелочи в процессе. Б этом случае необходимо иметь карбонизацию для разложения избыточного алюминатного раствора. Образующийся при карбонизации маточный содовый раствор возвращают в шихту спекания.

При достаточно большом количестве избыточного алюминатного раствора может быть организован “обмен растворов”, позволяющий полностью устранить выпадение соды при упаривании оборотного раствора гидрохимической ветви. Для этого алюминатный раствор спекательной ветви с низким содержанием карбонатной щелочи подается в гидрохимическую ветвь, а соответствующее количество алюминатного раствора гидрохимической ветви с более высоким содержанием карбонатной щелочи — в ветвь спекания на карбонизацию. С поступающим в ветвь спекания раствором гидрохимической ветви одновременно выводятся из процесса органические примеси, которые выгорают при спекании шихты.

Последовательный вариант способа Байер-спекание

Технологическая схема. Последовательный вариант комбинированного способа применяется для переработки высококремнистых бокситов. Принципиальная технологическая схема последовательного варианта показана на рис. 77. Согласно этой схеме, боксит перерабатывается по способу Байера. Высокое содержание кремнезема в боксите вызывает большие химические потери глинозема и щелочи с красным шламом. Для дополнительного извлечения глинозема и щелочи из красного шлама его спекают с содой и известняком. Спек выщелачивают, а полученный алюминатный раствор после обескремнивания присоединяют к алюминатному раствору ветви Байера. Смесь алюминатных растворов поступает на декомпозицию. Маточный раствор, получающийся после декомпозиции, упаривают и возвращают в ветвь Байера на выщелачивание новых порций боксита. Потери щелочи и обеих ветвях компенсируются добавками кальцинированной соды в шихту спекания.

При переработке высококремнистых бокситов по последовательной схеме повышается извлечение глинозема из боксита и снижается удельный расход сырья и топлива.

Сгущенный и промытый красный шлам фильтруют на дисковых фильтрах; производительность фильтра составляет 150—170 кг/(м2.ч) при влажности кека 40—42%. В зарубежной практике применяют также барабанные фильтры со сходящим полотном или роликовым съемом осадка и рамные фильтр-прессы, в которых, осаждающийся на рамах шлам отжимается с помощью воздушных (резиновых) камер.

Наиболее сложной операцией схемы является спекание шламовой шихты. Шихта для спекания состоит из красного шлама, соды, известняка и белого шлама, образующегося при обескремнивании. Отфильтрованный красный шлам хранится в шламовых бассейнах, из которых подастся в мешалки, где он в необходимом
соотношении смешивается с содой и затем подвергается вместе с известняком размолу в трубных мельницах. Размолотая шихта после очистки на грохоте от щепы и гальки поступает в коррекционные бассейны, а из них в печи спекания.

Для спекания шламовой шихты применяют трубчатые вращающиеся печи диаметром 4,5—5 м и длиной 110 м с арабанными холодильниками. Шихта влажностью 40—42 % подается в печь с помощью пульповой форсунки. Температура материала в зоне спекания 1150—1200°С. Производительность такой печи составляет 60—65 т спека в час. В результате спекания Al2O3 шихты переводится в растворимый в воде алюминат натрия, a SiO2 — в двухкальциевый силикат. Оксид железа в зависимости от его содержания в шламе переводится в феррит натрия или в феррит натрия н ферриты кальция.

В системе СаО—Fe2О3 известны ферриты: СаО. Fe2О3 и 2СаО. .Fe2О3. Первым при спекании образуется 2СаО. Fe2О3. Если молекулярное отношение СаО к Fe2О3 равно 2, то образуется только 2СаО. Fe2О3. Если это отношение меньше 2, то образуется смесь обоих ферритов.

При спекании насыщенной шихты, в которой Fe2О3 полностью связывается в Na2O. Fe2О3, a SiO2 в вухкальциевый силикат, в результате переработки красного шлама с повышенным содержанием Fe2О3 не достигается достаточно высокого извлечения глинозема и щелочи. Получающийся при спекании такой шихты спек на диаграмме Na2O. Al2O3—Na2O. Fe2О3—2CaO. SiO2 (см. рис. 61) находится в заштрихованной области и содержит соединения, из
которых глинозем и щелочь при выщелачивании в раствор не переходят. Кроме того, такая шихта характеризуется малой температурной площадкой спекообразования н низкой температурой начала плавления, которая в основном определяется содержанием Na2O. Fe2О3 в шихте. Поэтому при переработке, например, тургайских бокситов, содержащих 16—20% Fe2О3, известняк дозируют в шихту из расчета образования СаО. Fe2О3 и 2CaO. Fe2О3. в соотношении 1:1 при содержании Na2O. Fe2О3 в спеке не более 14%.

Для шламов с высоким содержанием оксида железа разработан способ спекания в присутствии твердого восстановителя (угля). Часть Fe2О3 при спекании такой шихты восстанавливается до FeO. Оксид двухвалентного железа не образует ферритов натрия и кальция, в результате чего расширяется температурная площадка спекообразования; кроме того, снижается расход известняка.

Свойства красного шлама могут быть улучшены, если выделить из него магнитной сепарацией часть соединений железа. Для переработки бокситов с высоким содержанием сидерита РеСОз предложена последовательная схема с предварительным обжигом боксита в восстановительной атмосфере. При обжиге наряду с удалением из боксита вредных примесей (СО2, S, органических веществ) немагнитные формы железа частично переводятся в магнитные, которые можно выделить из красного шлама магнитной сепарацией.

При спекании сода шихты каустифицируется, в результате чего происходит компенсация потерь каустической соды в ветви Байера.

Каустифицирующим компонентом шихты является Fe2О3(Nа2СО3+Fe2О3=Na2O. Fe2О3+СО2), так как Al2O3 в разном шламе находится в основном в виде гидроалюмосиликата натрия, т. е. входит в состав соединения, содержащего щелочь, и не принимает участия в каустификации. Если в шихте спекания Fe2О3 мало, то вводимой в шихту соды может не хватить для компенсации потерь каустической щелочи. В этом случае потери Na2Oк в ветви Байера
частично следует возмещать свежим каустиком. Каустификационная способность шихты может быть увеличена добавкой исходного боксита, так как при такой добавке одновременно уменьшается отношение Fe2О3 к Al2O3 (по массе), в шихте, т. е. улучшаются ее свойства, а также получается спек с более высоким содержанием
глинозема. Однако в этом случае часть боксита перерабатывается с более низкими технико-экономическими показателями.

Потери щелочи в последовательной схеме Байер-спекание могут компенсироваться не только содой или содой и каустиком.
Для этой пели можно использовать нефелиновый концентрат или нефелиновую руду, добавляя их в определенном количестве к шихте спекания.

При спекании шихт с малым температурным интервалом спекообразования очень важна стабилизация основных режимных показателей: состава шихты и давления при ее распыливании, расхода и условий сжигания топлива. Постоянство технологического режима позволяет свести к минимуму перегрев материала на поверхности контакта с газовым потоком и футеровкой и избежать настылеобразования в печи.

Выщелачивание спека. Обескремнивание раствора

Для выщелачивания шламовых спеков, которые в отличие от бокситовых характеризуются малым содержанием глинозема, применяется двустадийная схема выщелачивания. Первую стадию осуществляют в трубчатых выщелачивателях, вторую — в стержневых мельницах с домолом шлама. В трубчатых выщелачивателях спек крупностью менее 8 мм выщелачивают промводой от промывки шлама. Для получения алюминатного раствора с нужным каустическим модулем (1,5—1,7) к промводе добавляют маточный раствор спекательной ветви. Алюминатный раствор уносит из трубчатого аппарата некоторое количество твердой фазы (15— 25 г/л), которая отделяется от раствора в гидроциклонах. Шлам из трубчатого аппарата поступает в стержневую мельницу, где
довыщелачивается.

Выходящая из мельниц пульпа классифицируется на гидроциклонах. Пески гидроциклонов фильтруются и ромываются на карусельных фильтрах, а слив поступает на сгущение и промывку в сгустители и промыватели чашевого типа. Выделение из пульпы перед сгущением крупной фракции необходимо во избежание быстрого зашламления сгустителей и промывателей.

Извлечение глинозема из спека но шламу второй стадии выщелачивания достигает 80—81 %. Однако в системе сгущения и промывки шлама происходит частичное разложение 2CaO. SiО2, что приводит к вторичным потерям глинозема и снижению его извлечения. Вторичные потери Al2O3 тем выше, чем больше время контакта шлама с алюминатным раствором при их разделении и промывке шлама. Промытый шлам направляют в отпал; в отличие от
красного шлама гидрохимической ветви его называют серым шламом.

При пониженном содержании в спеке Fe2О3 возможно применение агитационной схемы выщелачивания в мельницах с последующим отделением и промывкой шлама на фильтрах-сгустителях. Эта схема широко применяется для выщелачивания нефелиновых спеков и будет рассмотрена ниже.