Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 7 )

       Рисунок 6 – Мешалка цепная

 

       

  Рисунок 7 – Автоклав:

1 – цилиндрический сосуд; 2 – лапы; 3 – сопло; 4 – разгрузочная труба; 5 – загрузочная труба; 6 – ремонтный люк

В настоящее время все более широкое применение находят автоклавы большой единичной мощности (полезный объем не менее 80 м3) с нагревом пульпы глухим паром. Внутри такого автоклава установлены греющие трубки или змеевики, в которые подается пар. Выделяющееся при конденсации пара  тепло через стенки трубок передается пульпе. Конденсат из трубок непрерывно выводится в сепаратор. Для перемешивания пульпы в автоклаве установлена механическая мешалка. В таких автоклавах не происходит разбавления пульпы конденсатом греющего пара, в отличие от автоклавов, обогревающихся острым паром.

Основной недостаток автоклавов с нагревом глухим паром – более сложная конструкция, большая емкость обусловленная необходимостью установки в таких автоклавах механических мешалок и змеевиков, которые должны хорошо омываться пульпой и быть доступными для чистки, а также менее благоприятные условия теплообмена через поверхность.

Сепараторы (самоиспарители). Сепаратор второй ступени (рисунок 8) автоклавной батареи с двумя сепараторами пульпы (см. рисунок 4) представляет собой полый цилиндрический сосуд, но
форме подобный автоклаву, но меньших размеров. Пульпа поступает в сепаратор по загрузочной трубе 1. Для защиты днища от разрушающего действия струи пульпы, поступающей в сепаратор с большой скоростью, имеется отбойное броневое устройство 2.
Охлажденная пульпа выпускается из сепаратора через патрубок 3.
Пар самоиспарения проходит через металлическую сетку 4 и выводится из аппарата через верхнее днище. Для улавливания капель пульпы, увлеченных паром, служит ловушка (инерционный каплеотделитель) 5.

       

Рисунок 8 – Сепаратор:

1 – загрузочная труба; 2 – отбойное устройство; 3 – патрубок; 4 – металлическая сетка;  5 – ловушка

       Сепаратор первой ступени имеет форму и размеры автоклава. Ловушка для улавливания капель пульпы установлена внутри сепаратора; в остальном сепаратор первой ступени по устройству
мало отличается от сепаратора второй ступени. Внутри сепаратора установлена ловушка (в верхней части), сетка и отбойное устройство (в средней части). Пульпа поступает в сепаратор через патрубок, расположенный напротив отбойного устройства. Пар самоиспарения выводится из сепаратора сверху, охлажденная пульпа – снизу. Уровень пульпы в сепараторах в процессе их работы поддерживается постоянным, что необходимо для получения достаточно чистого сепараторного пара.

Разбавление автоклавной пульпы. Продуктом выщелачивания является пульпа, которая состоит из алюминатного раствора, содержащего Al2O3 до 250 г/л, и красного шлама. Для снижения концентрации алюминатного раствора и увеличения отношения жидкого к твердому (ж:т) пульпу разбавляют промводами от промывки красного шлама. Разбавленный раствор содержит Al2O3 110—l60 г/л.

При разбавлении алюминатный раствор становится менее стойким, что необходимо для последующего процесса декомпозиции. Кроме того, снижение концентрации раствора и увеличение ж : т в пульпе облегчает последующее сгущение шлама. Разбавление необходимо также для дополнительного обескремнивания алюминатного раствора, которое происходит в результате снижения растворимости натриевого алюмосиликата с уменьшением концентрации раствора. Разбавление происходит в смесителях смешения, а затем пульпа выдерживается в мешалках. Степень разбавления поддерживается автоматически по плотности разбавленной пульпы. Разбавление осуществляется в мешалках, в которых пульпа интенсивно перемешивается при 100-1050С. Повышенная температура пульпы способствует более интенсивному росту кристаллов ГАСН и увеличивает скорость обескремнивания.

Отделение алюминатного раствора от красного шлама

Аппаратурно-технологическая схема cгущения и промывки шлама. Алюминатный раствор отделяют от красного шлама сгущением, которое основано на оседании твердых частиц пульпы в непрерывно действующих аппаратах – сгустителях.

Выгружаемый из сгустителей красный шлам содержит неко­торое количество алюминатного раствора, поэтому его промы­вают водой. Промывка – это смешение  (репульпация) шлама с водой и последующее отделение полученной промводы от шлама отстаиванием в промывателях, которые по конструкции не отличаются от сгустителей. Используют метод многократной промывки с промежуточной репульпацией шлама. Промыватели работают по принципу противотока.

Алюминатный раствор после отстаивания в сгустителях со­держит до 0,1 г/л взвешенных частиц шлама, поэтому он идет на контрольную фильтрацию.

Рисунок 9 – Схема сгущения и промывки:

1- питающие коробки, 2 - сгуститель, 3 – сливные коробки, 4,8 – мешалки; 5 – гидросмеситель; 6 – промыватели; 7 – бак промводы

Разбавленная пульпа через питающие коробки 1 поступает в камеры многокамерного сгустиОсветленный алюминатный раствор (слив) из всех камер сгустителя  через сливные коробки 3 самотеком поступает в мешалку неотфильтрованного  раствора 4. Сгущенный шлам из конуса сгустителя также самотеком поступает  в первый гидросмеситель 5, где смешивается с промывной водой второго промываПолученная в первом гидросмесителе пульпа насосом подается в первый промываатель, где вновь подвергается сгущению. Из первого промывателя сгущенный шлам поступает во второй гидросмеситель, где смешивается с промводой из третьего промывателя. Отсюда пульпа перекачивается во второй промыватель и т. д.

На схеме показана пятикратная промывка шлама. Промыватели работают по принципу противотока, что позволяет более полно отмыть красный шлам и получить промводу более высокой концентрации.

Промвода из первого промывателя отбирается в бак промводы 7, а из него перкачивается на разбавление автоклавной пульпы. Промытый шлам из последнего промывателя поступает в мешалку шламоудаления 8, из которой после дополнительного разбавления водой перекачивается на шламовое поле.

Теоретические основы сгущения. Красный шлам состоит из мелких частиц размером 1-10мкм и даже меньше, которые осаждаются очень медленно. Поэтому при сгущении красного шлама большое значение имеет агрегация, т. е. слияние мелких частиц между собой и образование более крупных хлопьев (агрегатов).

Резкая граница между осветленным раствором и осадком (сгущенным шламом) в сгустителе отсутствует. По высоте столб пульпы в сгустителе можно разделить на несколько зон. Верхняя зона — это осветленный раствор, из которой он непрерывно выводится в виде слива. Ниже находится зона сгущения, в которой частицы опускаются под действием силы тяжести. Еще ниже—зона уплотнения, в которой под действием веса вышележащих слоев из шлама вытесняется алюминатный раствор, и осадок уплотняется. Самая нижняя зона—это слой уплотненного шлама, который непрерывно выводится из сгустителя.

Основными показателями процесса сгущения являются степень уплотнения шлама и удельная производительность по сливу. Степень уплотнения характеризуется отношением ж:т в сгущенном шламе, а под удельной производительностью понимают объем осветленного раствора (в м3), выводимого из сгустителя на каждый квадратный метр площади осаждения за один час (скорость слива).

На процесс сгущения шлама наряду с крупностью его частиц влияет целый ряд факторов: минералогический состав шлама, вязкость алюминатного раствора, его концентрация, температура пульпы, коагулянты и др.

Минералогический состав шлама определяется минералогическим составом боксита, из которого шлам получен; поэтому можно говорить о влиянии на осаждаемость красных шламов минералогического состава боксита. Уплотняемость красных шламов ухудшается при наличии в боксите гидратированных минералов, например гидратированных форм оксида железа и каолинита. Эти минералы имеют высокую степень гидрофильности, чем объясняется их затрудненная агрегация и образование плохо уплотняющихся осадков. Отрицательное влияние на уплотняемость красных шламов оказывают сидерит и пирит.

Кварц по сравнению с каолинитом гораздо меньше замедляет процесс отстаивания шлама, хотя при выщелачивании также образует гидроалюмосиликат натрия. Это можно объяснить тем, что разложение каолинита происходит при пониженных температурах с образованием тонкодисперсного алюмосиликата, который при отстаивании удерживает много воды. Взаимодействие же кварца с раствором происходит медленно при высокой температуре. В этих условиях происходит образование крупнозернистого алюмосиликата, который хорошо уплотняется.

С повышением вязкости алюминатного раствора скорость осаждения шлама и степень его уплотнения заметно уменьшаются.
Вязкость зависит от концентрации раствора и его температуры. С понижением концентрации вязкость раствора уменьшается, поэтому разбавление пульпы перед сгущением значительно ускоряет процесс сгущения. В системе промывки концентрация раствора постепенно уменьшается от первого промывателя
к последнему, что способствует более высокой степени уплотнения шлама в последних промывателях.

С повышением температуры вязкость раствора также уменьшается. Кроме того, повышенная температура необходима для предотвращения гидролиза алюмината натрия. По этим причинам в сгустителях, а также в промывателях первой и второй стадий промывки поддерживают высокую температуру (около 100 °С).

Степень уплотнения шлама возрастает также с увеличением длительности пребывания шлама в зоне уплотнения; чем выше эта зона, тем больше длительность пребывания в ней шлама.

Во многих случаях сгущение шлама значительно ускоряется при добавке в пульпу коагулянтов — веществ, способствующих укрупнению частиц шлама. В качестве коагулянта широко используют ржаную муку, которую вводят в разбавленную пульпу в количестве 0,15—0,25 % от массы шлама. Для этой цели могут быть
использованы также синтетические флокулянты — полиакриламид, сепаран н др.