Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 16 )

  Подлежащая фильтрации пульпа поступает в чан по загрузочной трубе 5. Под влиянием вакуум раствор поступает во внутреннее пространство фильтрующих патронов и через распределительную головку по трубе 6 выводится из фильтра-сгустителя. Патроны каждой секции через коллектор сообщаются с распределительной головкой, с помощью которой автоматически подключаются то к линии вакуума, то к линии сжатого воздуха. Поверхность патронов перфорирована и обтянута фильтровальной тканью. При переключении от линии вакуума к линии сжатого воздуха осевший на поверхности патронов шлам отдувается и падает на дно чана. Шлам мешалкой перегребается к центральному разгрузочному отверстию чана. Под конусом фильтра-сгустителя установлен шнек, обеспечивающий устойчивую разгрузку аппарата. Размеры фильтра-сгустителя площадью 115 м2; Ш чана 5,75 м; высота цилиндрической части 3м; конической 3,4м. Промытый шлам идет на производство цемента.        Крепкая промышленная вода из первого аппарата промывки используется для приготовления оборотного раствора, идущего на выщелачивание спека.

       Применяется также двустадийная схема выщелачивания с использованием на первой стадии трубчатых аппаратов (проточный способ) и на второй стадии мельниц. При переработке нефелиновых руд и концентратов, часть алюминатного раствора необходимо карбонизировать почти  до полного выделения гидроокиси алюминия, чтобы получить чистые содопоташные растворы, а также избежать зарастания осадком гидроокиси греющих поверхностей выпарных аппаратов. Для осуществления такой карбонизации требуется глубокое обескремнивание алюминатного раствора.

       После первой стадии обескремнивания в автоклав до кремневого модуля 300-500 алюминатный раствор делят на два потока, один поступает в содощелочную ветвь карбонизации, другой на вторую стадию обескремнивания, а затем в содовую ветвь карбонизации. Вторая стадия обескремнивания осуществляется в мешалках с добавкой извести до кремневого модуля 1000-1500.

       Целью карбонизации в содощелочной ветви является выделение из алюминатного раствора  продукционной гидроокиси с одновременным получением содощелочного раствора для выщелачивания спека. Это достигается неполной карбонизацией раствора с последующей декомпозицией. Глубина разложения раствора 70-80%. Продукционную гидроокись алюминия отделяют от содощелочного раствора, промывают и кальцинируют. Содощелочной раствор (бк=3-4) послеконтрольной фильтрации направляют на выщелачивание спека.

       Глубоко обескремненный раствор в содовой ветви карбонизируют в одну стадию до остаточного содержания Al2O3 в растворе не более 1-1,2 г/л. Далее раствор подвергают декомпозиции до бк=2-2,5 г/л. Выделенную в содовой ветви гидроокись алюминия  используют в качестве затравки в содовой и содощелочной ветвях, а маточный содопоташный раствор - на получение соды и поташа.

       Получаемый при переработке Кольских нефелиновых концентратов содопоташный раствор содержит примерно 105 г/л Na2CO3. 70 г/л  K2CO3. Для получения соды  поташа позволяет осуществить их раздельное получение.

       Если содопоташный раствор содержит бикарбоната Na и К, то они нейтрализуются раствором каустической щелочи:

               NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O

       Нейтрализация необходима для предупреждения коррозии аппаратуры и загрязнения  окисью железа  соды и поташа.

  При концентрирующей выпарке  раствор упаривают до концентрации, при которой не происходит кристаллизация солей  (плотность раствора 1,32-1,33; концентрация солей в растворе  430 г/л), что позволяет удалить  из раствора  значительную часть воды на высокопроизводительных многокорпусных выпарных батареях.

  Концентрированный раствор после растворения в нем двойной соли упаривают до концентрации, при которой происходит  кристаллизация соды (плотность раствора 1,48-1.500). Выделившуюся соду отделяют от маточного раствора.

  При дальнейшем упаривании маточного раствора в в твердую фазу выделяется соль Na2CJ3 * K2CO3 Маточник двойной соли охлаждают до 40-600С. В твердую фазу выделяется полутораводный поташ Na2CO3 * 1.5 H2O. Оставшийся маточник  возвращают на выпарку с выделением двойной соли, частично направляется в глиноземное производство.

  Содержащийся в исходном растворе сульфат калия переходит в основном в соду, а тиосульфаты и хлориды – в поташ, что приводит к загрязнению соды и поташа этими примесями. Кроме того, в соду при ее кристаллизации переходит значительное количество  K2CO3.

  Для получения соды первого соды первого сорта необходимо более полное разделение соды и поташа, а также выделение сульфата и хлорида калия в виде самостоятельных продуктов. В этом случае соду выделяют в две стадии:

1)при упаривании раствора до плотности 1,42 -1,43 в твердую фазу выделяют моногидрат соды (сода 1-я) с небольшим содержанием примесей поташа и сульфата калия, маточник после выделения соды  1-й разбавляют конденсатом и охлаждают до 30-350С для кристаллизации сульфата калия;

2) при дальнейшем упаривании до плотности 1,48- 1,50 из маточника выделяется безводная сода (сода 2-я) с более высоким содержанием примесей: Хлористый  калий выделяется из разбавленного конденсатом маточника двойной соли путем охлаждения его до 20-250С.

Рекомендуемая литература: [1], 82-83 стр.; [3], 118-119 стр.; [6], 178-179 стр.

Тема 9. Гидрохимический способ переработки нефелинов и других алюмосиликатных пород (способ Пономарева-Сажина).

Сущность способа. Химизм процесса. Принципиальная технологическая схема.

       Разложение нефелина достигается обработкой нефелиновой руды в автоклавах раствором едкой щелочи в присутствии извести (рисунок 3).

       При переработке нефелина щелочным раствором глинозем в раствор практически не переходит, так как образуются щелочные алюмосиликаты, которые остаются в осадке. При выщелачивании в присутствии извести глинозем переходит в раствор в виде алюминатов К и Na, SiO2 остается в осадке в виде щелочного кальциевого силиката.

               (Na, K)2O∙2CaO∙2SiO2∙n H2O        

Na2O∙Al2O3∙2SiO2+2CaO+2NaOH+(n-1)H2O→ Na2O∙Al2O3+Na2O∙2CaO∙2SiO2∙nH2O

       

Для достаточно полного перевода глинозема в раствор необходима высокая температура  (выше260оС) и высокая концентрацияNa2O в растворе (400-500г/л).

       Алюминатный раствор отделяют от нерастворившегося остатка и обескремнивают. Высокий каустический модуль алюминатного раствора(11-12) не позволяет применить для выделения из него гидроокиси алюминия декомпозицию и карбонизацию. Предложен способ кристаллизации алюмината натрия. Раствор упаривают до концентрации 400-500 г/л Na2Oобщ., после чего постепенно охлаждают при перемешивании до 30оС. Охлаждение сопровождается кристаллизацией алюмината натрия Na2O∙Al2O3∙2,5H2O. За 20-24 часа кристаллизации из раствора выделяется 80-83% глинозема.

               С повышением каустического модуля исходного раствора выход глинозема при кристаллизации уменьшается. Примесь кремнезема в растворе замедляет процесс кристаллизации.

       Рисунок 3- Гидрохимический способ переработки нефелинового сырья

Известь дозируют из расчета 1,1 моля СаО на 1 моль SiO2.

               Твердый алюминат натрия отделяют от маточного раствора, и после растворения  направляют на декомпозицию. Маточный раствор, полученный после отделения твердого алюмината и имеющий каустический модуль 30-34. возвращается на выщелачивание новых порций руды. А маточный раствор после декомпозиции, поступает на кристаллизацию вместе с основным раствором.

       Щелочь извлекают из осадка щелочного кальциевого силиката, обрабатывая осадок водой или слабым щелочным раствором. Извлечение щелочи из осадка достигает 90-95%. Оставшийся после обработки шлам состоит в основном из алюмосиликата кальция и может быть использован для получения цемента.

       Преимущества гидрохимического способа перед способом спекания: исключается дорогой и сложный процесс спекания и сокращается расход известняка.

       Основные недостатки: большой оборот щелочи и высокий расход пара на упаривание растворов.

       Способ спекания с предварительным химическим обогащением разработан для переработки нефелиновых руд с повышенным содержанием кремнезема и низкой щелочью. Химическое  обогащение состоит в автоклавной обработке измельченной руды оборотным щелочным раствором при высокой температуре (240оС). Часть кремнезема из руды переходит в раствор в виде щелочного силиката:

Na2O∙Al2O3∙nSiO2+2(n-2)NaOH→Na2O∙Al2O3∙2SiO2∙2H2O+(n-2)Na2SiO3++(n-4)H2O

       Полученный в результате щелочной обработки осадок является концентратом, который перерабатывается способом спекания. Возможно дополнительное обогащение в гидроциклонах для выделения более крупной фракции, обогащенной железом.

       Раствор щелочных силикатов используется для получения щелочных и силикатных продуктов.

Способ спекания с применением высокощелочной шихты предложен для переработки нефелиновых руд с повышенным содержанием окиси железа. Шихта составляется из расчета получения спека со следующим молекулярным соотношениями:

                =1  и  =1

       При спекании Al2O3 и Fe2O3 переходит в щелочные алюмосиликаты и ферриты, а SiO2- в щелочной кальциевый силикат (Na, K)2O∙CaO∙SiO2, высокощелочная шихта имеет более широкий  температурный интервал спекообразования. Применение ее позволяет снизить расход известняка.