Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 6 )

Однако с уменьшением каустического модуля растворов снижается их стойкость; растворы с малым модулем начинают разлагаться уже в процессе их разбавления и отделения от красного шлама, что приводит к потерям глинозема. Алюминатные растворы обычно получают с каустическим модулем 1,5—1,7; такие растворы в условиях их разбавления и сгущения красного шлама практически стойки.

Добавка извести. Большое влияние на выщелачивание диаспоровых и диаспор-бемитовых бокситов оказывает небольшая добавка извести. При выщелачивании бокситов этого типа без извести практически не удается получить приемлемого извлечения глинозема. По мнению многих исследователей, активизирующее действие извести связано с присутствием в боксите оксида титана TiO2. При выщелачивании боксита без добавки извести образуется плохо растворимый в щелочном растворе метатитанат натрия NаНТiO3, который покрывает поверхность кристаллов глиноземсодержащих
минералов прочной пленкой и затрудняет доступ к ним раствора.
Известь же связывает оксид титана в нерастворимый кристаллический титанат кальция 2CaO∙TiO2∙nH2O, не образующий столь прочной и сплошной пленки. Активизирующее действие на выщелачивание диаспоровых и бемитовых бокситов оказывают и другие соединения кальция (СаСО3, CaCl2, CaSO4, ЗCаО∙Al2O3∙6H2O,
CaF2), за исключением титаната кальция.

Добавка обожженной извести составляет 2,5—5% от массы боксита (в пересчете на СаО). При недостатке извести часть TiO2 переходит в метатитанат, что снижает извлечение глинозема и вызывает дополнительные потери щелочи. При избытке извести происходят потери глинозема за счет образования гидрогранатов.

При выщелачивании гиббситовых бокситов добавка извести не нужна, что, очевидно, объясняется большой скоростью растворения этой формы гидроксида алюминия, частицы которого успевают раствориться раньше, чем на их поверхности образуется пленка метатитаната натрия.

Аппаратурно-технологическая схема выщелачивания. Так как гиббсит растворяется с достаточной скоростью при температуре, не превышающей температуры кипения алюминатного раствора, то гиббситовые бокситы можно выщелачивать при атмосферном давлении в мешалках. Для выщелачивания диаспор-бемитовых бокситов требуется более высокая температура, при которой давление насыщенных паров раствора гораздо выше атмосферного. Поэтому диаспор-бемитовые бокситы выщелачивают в специальных аппаратах, работающих под давлением – автоклавах.

Выщелачивание в настоящее время осуществляется как непрерывный процесс в батареях последовательно соединенных автоклавов. На рисунке 4 показана примерная схема выщелачивания в батарее с двухкратным самоиспарением пульпы.

  Пар с ТЭЦ

Рисунок 4 – Схема автоклавного выщелачивания боксита с двукратным самоиспарением пульпы:

1 – расходная мешалка; 2 – поршневой насос; 3 – трубчатые подогреватели; 4 – регулирующая заслонка; 5 – автоклавы; 6 – сепаратор 1-й ступени; 7 – сепаратор 2-й ступени; 8 – конденсационный подогреватель; 9 – бак; 10 – мешалка разбавления

Полученная в отделении мокрого размола пульпа в течение 4-8 ч выдерживается в мешалках сырой пульпы. Здесь происходит усреднение пульпы и частичное обескремнивание раствора за счет образования нерастворимого алюмосиликата натрия. При переработке бокситов с высоким содержанием серы в мешалки сырой пульпы подается воздух для окисления содержащихся в пульпе сульфидных соединений. Обескремнивание раствора в мешалках необходимо для уменьшения зарастания (инкрустации) трубок подогревателей гидроалюмосиликатом натрия, которое в основном происходит на первых стадиях нагрева пульпы (до 150-l60°C). Из расходной мешалки 1 пульпа поршневыми насосами высокого давления 2 нагнетается в трубчатые подогреватели 3, где подогревается до 140-150 °С. Нагревают пульпу в подогревателях так называемым сепараторным паром. При нагревании пульпы в подогревателях выше 140-150 °С происходит интенсивное осаждение на стенках трубок подогревателей титанокальциевых соединений. Подогретая пульпа поступает в батарею последовательно соединенных автоклавов 5. До нужной температуры пульпа нагревается острым паром, который подается в два первых автоклава. Эти два автоклава батареи называют греющими, остальные – реакционными. Пульпа, перетекая по переточным трубам из одного автоклава в другой, последовательно проходит все автоклавы батареи, одновременно выщелачиваясь и перемешиваясь. Из последнего автоклава батареи пульпа через игольчатый регулятор непрерывно разгружается в сепаратор первой ступени 6, в котором поддерживается более низкое давление, чем давление поступающей пульпы. Вследствие резкого снижения давления пульпа в сепараторе вскипает; образующийся при этом нар называется сепараторным. Самоиспарение пульпы осуществляется в две ступени. Высокотемпературный пар, образующийся в сепараторе первой ступени, используется для подогрева пульпы в подогревателях. В сепараторе второй ступени 7 образуется низкотемпературный пар, который используют для подогрева воды в конденсационных (полочных) или струйных подогревателях 8. Горячая вода поступает в бак 9, а из него на промывку шлама. Для подогрева воды используют также вторичный пар, образующийся в сепараторах конденсата, а также отбираемый от баков горячей воды и агитаторов.

Из сепаратора второй ступени так называемая вареная пульпа, состоящая из алюминатного раствора и красного шлама, поступает в смеситель разбавления, установленный на мешалке разбавления (агитаторе) 10. Разбавленная промывной водой (промводой) пульпа выдерживается в агитаторе 0,5-1 часа для более полного обексремнивания и поступает в отделение сгущения и промывки красного
шлама.

Примерные показатели работы автоклавной батареи с двукратным самоиспарением пульпы при выщелачивании субровских бокситов: нагрев пульпы в подогревателях до 140-150 °С; в греющих автоклавах – до 230-240 °С (избыточное давление 2,5-3 МПа); давление в сепараторе первой ступени 0,6-0,8 МПа, в сепараторе второй
ступени 0,06-0,08 МПа; время выдержки пульпы в автоклавах 2ч; перепад давления в батарее 0,15-0,2 МПа. Производительность батареи по пульпе до 100 м3/ч (8-10 автоклавов емкостью 25 м3).

Оборудование для выщелачивания бокситов. Подогреватели (теплообменники). Для подогрева бокситовой пульпы применяют трубчатые (кожухотрубные) подогреватели с плавающей головкой (рисунок 5). Стальной корпус 1 подогревателя закрыт сверху и снизу крышками 2; внутри кожуха в трубных решетках 3 закреплен пучок труб. Одна из трубных решеток жестко соедина с кожухом, другая может перемещаться в вертикальной плоскости (“плавать”), что предупреждает деформацию трубок при их удлинении под влиянием высокой температуры. Свободное пространство между верхней трубной решеткой и крышкой разделено перегородкой 4 на две части, благодаря чему пульпа в подогревателе делает два хода: сначала она опускается по трубкам подогревателя, а затем поднимается.

       

       

  Рисунок 5 – Трубчатый подогреватель:

1 – корпус; 2 – крышки; 3 – трубные решетки; 4 – перегородка

Греющий (сепараторный) пар подается в межтрубное пространство подогревателя, где конденсируется. Выделяющееся при конденсации тепло через стенки трубок передается пульпе. Образующийся конденсат необходимо непрерывно отводить из подогревателя, не допуская потерь несконденсировавшегося пара вместе с конденсатом. Для этой цели служат конденсатоотводчики. Кожухотрубные подогреватели с поверхностью нагрева 38 м2 имеют следующие размеры: диаметр кожуха 600 мм; в кожухе размещено 56 трубок диаметром 38 мм и длиной 6,9 м.

Мешалки. Гиббситовые бокситы выщелачиваться при температуре кипения алюминатного раствора, по этому сырье перерабатывают в мешалках при атмосферном давлении. Мешалка представляет собой цилиндрический бак, который установлен на железобетонном фундаменте (рисунок 6). Перемешивающее устройство состоит из вала и прикрепленной к нему траверсы. На траверсе подвешиваются волокуши на цепях. Волокуши присоединяются к нижней части вала цепями, чтобы во время работы они не могли касаться цилиндрической части мешалки. Вал внизу заканчивается коротышом, который вращается в подпятнике. И служащий роль крепления между валом и днищем. Подпятник закреплен к днищу мешалки. Перемешивающее устройство приводится в движение через редуктор от электродвигателя. Редуктор соединяется с валом крестовым сцеплением.  Каждая мешалка имеет переливную трубу для исключения попадания раствора на крышку. Внутри мешалок выщелачивания расположен барбатер для подогрева пульпы острым паром. Для транспортировки пульпы в мешалках выщелачивания имеются вертикальные перетоки.

Автоклавы. По способу нагрева пульпы автоклавы можно подразделить на две группы: 1) пульпа нагревается острым паром (вводимым непосредственно в пульпу), т. е. вводимый в пульпу пар, конденсируясь, отдает выделяющееся при этом тепло пульпе; одновременно он и перемешивает пульпу; 2) пульпа нагревается глухим паром, т. е. тепло от конденсирующегося пара передастся пульпе через встроенную теплопередающую поверхность; перемешивается пульпа мешалками.

Получили растпространение вертикальные автоклавы с обогревом острым паром емкостью 24м3. Такой автоклав (рисунок 7) представляет собой цилиндрический сосуд 1 со сферическими днищами. К корпусу автоклава приварены лапы 2, которыми он опирается на поддерживающую конструкцию.
Для уменьшения потерь тепла поверхность автоклава снаружи, кроме швов, покрыта теплоизоляцией. Вверху автоклава предусмотрены отверстия (бобышки) для ввода и вывода пульпы, отвода газов, подключения термометра и манометра. У греющих автоклавов в днище вмонтировано сопло 3 для подачи в автоклав
греющего пара. Для выгрузки пульпы служит разгрузочная труба 4. В верхней цилиндрической части автоклава и в нижнем днище предусмотрены люки для производства ремонтных работ и чистки автоклава. Число автоклавов в батарее 8-10.

Автоклавы с нагревом пульпы острым паром отличаются простотой конструкции и обслуживания. Недостаток такого нагрева - разбавление пульпы конденсатом греющего пара, в результате чего снижается концентрация щелочи в растворе, которым боксит выщелачивается. Кроме того, с паром в процесс вводится дополнительное количество воды, которое в дальнейшем необходимо выпаривать.