Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 8 )

Действие коагулянтов, очевидно, состоит в снятии с частиц шлама одноименного (положительного) заряда. Будучи в алюминатном растворе одноименно заряженными, частицы шлама взаимно отталкиваются, что препятствует их слиянию и образованию более крупных хлопьев. Под влиянием крахмала (ржаной муки) частицы шлама теряют заряд и становятся электронейтральными. Использование муки - продукта питания, для сгущения красного шлама экономически нецелесообразно. Поэтому длительное время ведутся исследования но замене муки синтетическими высокополимерными флокулянтами. Действие флокулянтов основано на адсорбции их на поверхности частиц шлама. Взаимные силы
сцепления между адсорбированными молекулами или ионами флокулянта создают условия для слипания шлама в более крупные агрегаты.

Оборудование для сгущения и промывки шлама. Сгуститель (рисунок 10) представляет собой металлический цилиндрический чан с коническим или плоским дном. В центре чана подвешен вертикальный вал, на нижнем конце которого смонтирован гребковым механизм, с помощью которого осевший шлам перемещается к разгрузочному отверстию, расположенному в центре днища сгустителя. Гребки установлены таким образом, что при вращении вала они перегребают осевший материал от периферии к центру. Вал приводится во вращение от двигателя через редуктор. Сверху сгуститель  закрыт металлической крышкой, снаружи для уменьшения потерь тепла в окружающую среду имеет тепловую изоляцию. Пульпа поступает в центр сгустителя через воронку. Здесь скорость движения пульпы резко падает, и твердые частицы постепенно оседают на дно сгустителя, а осветленный раствор сливается в желоб и выводится и выводится из сгустителя. Осевший шлам перегребается к разгрузочному отверстию, через которое и выпускается.

Рисунок 10 – Схема сгустителя:

1- бак; 2 - гребковый механизм; 3 - разгрузочное отверстие; 4 - желоб; 5 - питающая воронка; 6 – привод.

Наряду с однокамерными применяются многокамерные сгустители, состоящие из двух, трех или пяти отстойных камер, расположенных одна над другой. На рисунке 11 показана схема пятикамерного сгустителя. По высоте сгуститель коническими диафрагмами 9 разделен на пять камер равной высоты. В центральной части каждая диафрагма заканчивается переточным стаканом 6, который нижним концом опущен в слой сгущенного шлама и образует гидравлический затвор. В центре сгустителя находится общий для всех камер вал 5 с пятиярусным гребковым устройством 4. Днище сгустителя в центральной части переходит в разгрузочный конус 7, через который выгружается шлам. Разгрузка шлама – общая для всех камер. Оседающий в каждой камере шлам гребковым устройством перерабатывыется к центру диафрагм и по переточным стаканам поступает в разгрузочный конус. Питание же пульпой и отъем осветленного раствора осуществляются в каждой камере независимо. Пульпа между камерами распределяется с помощью питающей коробки 3 и питающих труб 2. Слив из каждой камеры отбирается одновременно в четырех точках. Для этого служат четыре сливные коробки 10, расположенные на равном расстоянии друг от друга по периферии сгустителя. Высоту уровня слива в сливных трубах 11 можно изменять с помощью специальных устройств и таким образом регулировать уровни шлама в камерах сгустителя.

Пятикамерный сгуститель (промыватель) диаметром 20 м характеризуется следующими данными: общая высота аппарата 18м, высота каждой камеры 2 м, уклон днища и диафрагм 8—10°, скорость вращения гребков вала 6 об/ч, общая площадь осаждения 1570 м2.

Основными преимуществами многокамерных сгустителей перед однокамерными являются сокращение производственных площадей в цехе на установку сгустителей и экономия материалов на их
сооружение. Однако в многокамерных сгустителях высота камер ниже, чем в однокамерных, отчего уменьшается время пребывания шлама в зоне уплотнения и, следовательно, снижается степень его
уплотнения. Это и свою очередь требует увеличенного ввода воды в систему на промывку шлама. Более низкая степень уплотнения шлама—основной недостаток многокамерных сгустителей. Кроме того, многокамерные сгустители более сложны в обслуживании, чем однокамерные. Поэтому на новых заводах устанавливают однокамерные сгустители диаметром до 30—40 м с увеличенной высотой бака.

Рисунок 11 – Схема пятикамерного сгустителя:

1–цилиндрическим бак; 2 - питающие трубы; 3 – питающая коробка; 4–гребковое устройство: 5–вал; 6–переточные стаканы; 7–разгрузочный конус: 8–коническое дно; 9 – конические диафрагмы; 10– сливная коробка; 11–сливные трубы

Гидросмеситель (репульпатор) служит для смешения шлама с промводой. Он представляет собой цилиндрический сосуд диаметром 2—3 м с коническим днищем. Промвода поступает в гидросмеситель через сопло, которое тангенциально врезано в его корпус. IIIлам вводится в гидросмеситель сверху, полученная пульпа откачивается снизу.

       Контрольная фильтрация

Алюминатный раствор после отстаивания в сгустителях содержит до 0,1 г/л взвешенных частиц шлама, поэтому он подвергается контрольной фильтрации на непрерывно действующих фильтрах.

Применяют фильтры, работающие как под давлением, так и под разрежением. Фильтры, работающие под давлением, применяют для пульп с высоким ж:т, а фильтры, работающие под разрежением (вакуум-фильтры), используют для фильтрации пульп с низким ж:т.

Для контрольной фильтрации алюминатных растворов применяют листовой вертикальный фильтр типа ЛВАЖ (рисунок 12). Он представляет собой стальной вертикальный цилиндрический сосуд с коническим днищем и откидной крышкой. Необходимая герметичность между корпусом и крышкой достигается байонетным кольцом с уплотнительным шлангом. В корпусе фильтра установлены фильтровальные плиты, каждая из которых представляет собой металлическую рамку с натянутой дренажной сеткой. По обе стороны сетки крепится фильтровальная ткань. В качестве фильтрующего слоя применяется плотная фильтровальная ткань или фильтровальная сетка.

Подлежащий фильтрации алюминатный раствор (суспензия) подается в корпус фильтра; прошедший через фильтровальную ткань чистый раствор выводится из фильтрующих плит в коллектор фильтрата, а осевший на плитах шлам промывается водой, для чего через слой шлама пропускают воду. После окончания промывки шлам смывают с плит с помощью механизма гидросмыва. Вода для гидросмыва подается в форсунки, установленные на трубе этого механизма. Труба гидросмыва вращается и совершает возвратно-поступательное движение. Смытый осадок выгружается из фильтра через донный клапан и патрубок.  Фильтры с поверхностью фильтрации 125м2 имеет 38 фильтровальных плит, расположенных в корпусе диаметром 2,2м и высотой 5,45м. Рабочее давление при фильтрации и промывке до 4 кгс/см2, давление воды в трубе гидросмыва 8-10 кгс/см2. В качестве фильтрующего слоя применяется плотная фильтровальная ткань или слой целлюлозно-бумажной массы, который наносится на металлическую сетку. Толщина фильтрующего слоя массы на рамах фильтра 3-5мм.

Рисунок 12 – Листовой вертикальный фильтр:

1 – корпус; 2 – цилиндр подъема крышки; 3 – крышка; 4 – байонетное кольцо; 5 – фильтровальные плиты; 6 – механизм гидросмыва; 7 – коллектор фильтрата; 8 – донный клапан

На рисунке показана схема песочного (бокситового) фильтра для фильтрации алюминатного раствора. Такой фильтр представляет собой цилиндрический сосуд со сферическими крышками и ложным дном. Алюминатный раствор фильтруется через слой дробленого боксита, загруженного на ложное дно. Для обеспечения равномерного распределения раствора по сечению фильтра и ложном дне предусмотрено распределительное устройство. Чистый фильтрат отбирается с помощью дренажных устройств, расположенных в верхней части слоя боксита.

Подлежащий фильтрации алюминатный раствор поступает в фильтр самотеком из напорных баков, уровень в которых поддерживается постоянным. Основное количество раствора поступает снизу через распределительное устройство в ложном дне; остальная часть раствора поступает сверху и создает противодавление, необходимое для удержания слоя боксита на месте. Фильтрующий слой состоит из двух-трех фракции боксита различной крупности, которые загружаются в фильтр поочередно: более крупная, фракция образует нижнюю часть слоя, самая мелкая—верхнюю часть. Общая высота фильтрующего слоя 3,4 м.  Для получения боксита необходимой крупности предусмотрена специальная установка, включающая молотковую дробилку и трехситный грохот. Для удаления частиц шлама, задержанных слоем боксита, проводят его регенерацию, которая состоит в периодической промывке боксита промводой от промывки шлама и раствором каустической щелочи при перемешивании воздухом. Периодически боксит из фильтра выгружают и заменяют свежим.

Песочный фильтр диаметром 3,6 м (площадь сечения 10 м2) и высотой 7,7 м имеет производительность 100 м3 раствора в час.

Декомпозиция алюминатных растворов

Теоретические основы процесса. Декомпозиция (или выкручивание) представляет собой процесс самопроизвольного разложения алюминатного раствора с выделением в осадок гидроксида алюминия  NaA1O2+2H2O⇆Al(OH)3+ NaOН

Чтобы эта реакция шла слева направо, необходимо алюминатный раствор перевести в область пересыщенных глиноземом растворов, что достигается разбавлением пульпы после выщелачивания и снижением температуры раствора.
По мере разложения раствор приближается к равновесному состоянию и при достижении этого состояния его разложение прекращается. На практике процесс декомпозиции прекращают значительно раньше, так как разложение раствора по мере приближения к равновесному состоянию все более и более замедляется.

Для ускорения декомпозиции применяют затравку, которая представляет собой гидроксид алюминия, полученный в предыдущем цикле. Затравку вводят в алюминатный раствор для создания в нем центров кристаллизации.