Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 9 )

Каустический модуль раствора при декомпозиции непрерывно возрастает, и по величине изменения этого модуля во времени судят о скорости разложения алюминатного раствора, а но конечному модулю раствора – о глубине его разложения. Скоростью разложения раствора определяется продолжительность процесса декомпозиции, глубиной разложения – выход глинозема при декомпозиции. Под выходом глинозема при декомпозиции (степенью разложения раствора) понимают выраженное в процентах отношение количества глинозема, выпавшего в осадок, к количеству глинозема, содержащемуся в исходном растворе.

Выход глинозема при декомпозиции составляет 40—55 %, т. е. только примерно половина глинозема переходит из раствора в осадок, а остальной глинозем остается в маточном растворе и является оборотным. В зависимости от концентрации каустический модуль конечного маточного раствора составляет 3,1—3,7. Кроме достаточно высокой скорости декомпозиции и глубины разложения алюминатного раствора, условия декомпозиции должны обеспечивать получение гидроксида алюминия определенной крупности и с минимальным содержанием примесей.

На процесс декомпозиции оказывает влияние целый ряд факторов: температура, каустический модуль и концентрация алюминатного раствора, количество и качество затравки, наличие примесей в растворе.

С понижением температуры раствор становится все более пересыщенным и выход глинозема при его разложении увеличивается. Однако понижение температуры вызывает образование мелкозернистого гидроксида алюминия, который плохо фильтруется и отмывается от щелочи, а полученный из него глинозем сильно пылит, что приводит к его потерям. На практике разложение алюминатного раствора ведут при постепенно понижающейся температуре, что дает возможность получить осадок необходимой крупности при достаточно высоком выходе глинозема и заданной продолжительности процесса декомпозиции.

Каустический модуль алюминатного раствора при прочих равных условиях характеризует степень его насыщения глиноземом: чем меньше каустический модуль раствора, тем более он насыщен глиноземом. Поэтому с уменьшением исходного каустического модуля раствора скорость его разложения, а также степень разложения увеличиваются.

С понижением концентрации (при неизменном каустическом модуле) алюминатный раствор переходит в область более насыщенных глиноземом растворов и стойкость его понижается. Поэтому при снижении концентрации раствора скорость его разложения увеличивается. Однако при снижении концентрации раствора уменьшается производительность аппаратуры для разложения (декомпозеров).

Большое влияние на скорость декомпозиции и крупность получаемого гидроксида алюминия оказывает количество и качество затравки. Количество поступающей на декомпозицию затравки характеризуют затравочным отношением, под которым понимают отношение количества глинозема в затравке к его количеству в исходном алюминатном растворе (по массе). Качество затравки характеризуется прежде всего удельной поверхностью затравочного гидроксида, которая зависит от его крупности и формы частиц.

С увеличением затравочного отношения, а также удельной поверхности затравки возрастает число центров кристаллизации и их суммарная поверхность, при этом скорость разложения раствора повышается. Однако с ростом затравочного отношения возрастает нагрузка на оборудование – декомпозеры, сгустители, фильтры. Кроме того, вместе с затравкой на декомпозицию поступает некоторое количество маточного раствора, имеющего высокий каустический модуль. При смешении алюминатного раствора с затравкой каустический модуль его повышается, что приводит к снижению скорости декомпозиции и степени разложения раствора. 

На большинстве заводов применяют высокие затравочные отношения, достигающие 4—4,5, что наряду с достаточно высокой скоростью декомпозиции способствует стабилизации качества гидроксида алюминия по крупности. Высокие затравочные отношения наиболее целесообразны при декомпозиции растворов повышенной концентрации Al2O3 .

В поступающем на декомпозицию алюминатном растворе всегда присутствуют примеси кремнезема, органических веществ, соды и др. В присутствии кремнезема увеличивается стойкость алюминатного раствора и, следовательно, снижается скорость его разложения. Кроме того, кремнезем загрязняет выделяющийся при декомпозиции гидроксид алюминия. Интенсивное выделение кремнезема в осадок наблюдается из раствора с кремневым модулем меньше 100. Поступающий на декомпозицию раствор обычно имеет кремневый модуль 250—300.

Присутствие органических веществ в растворе также нежелательно, так как они снижают скорость разложения и замедляют рост кристаллов гидроксида. Сода (Na2Oy) при содержании ее в растворе до 30 г/л практически не оказывает влияния на скорость и степень разложения раствора при декомпозиции. В присутствии сернокислых солей натрия и калия, а также сернистого натрия Na2S и хлор-иона скорость разложения алюминатного раствора уменьшается. Под влиянием Р2О5 стойкость алюминатных растворов снижается, что способствует более интенсивному их разложению. Интенсивность перемешивания при декомпозиции мало влияет на разложение раствора. Перемешивание необходимо в основном для предупреждения осаждения гидроксида при декомпозиции и поддержания его во взвешенном состоянии.

Показатели декомпозиции на отечественных заводах приведены ниже:

концентрация Al2O3 в исходном растворе, г/л ………………………….130-160

каустический модуль исходного раствора ……………………………….1,6- 1,7

начальная температура разложения, °С...............………………………… 55-56

конечная температура разложения, °С...............…………………………… 43-50

Затравочное отношение.........……………… . 2-4,5

Продолжительность разложения, ч....……… 40-80

Каустический модуль конечного раствора. . 3,0-3,6

При указанных показателях декомпозиции получается глинозем мучнистого типа. Глинозем песчаного типа, получаемый на американских заводах, выделяют из растворов пониженной концентрации (Al2O3 90—120 г/л) и с низким каустическим модулем (1,5-1,6). Начальная температура разложения порядка 75°С,
затравочное отношение не выше 1,5. Применение такой технологии возможно только при переработке легко вскрывающихся гиббситовых бокситов, для выщелачивания которых не требуются оборотные щелочные растворы высокой концентрации.

Аппаратурно-технологическая схема декомпозиции. Алюминатный раствор охлаждается в пластинчатом теплообменнике (рисунок 13) до температуры начала декомпозиции.

Рисунок 13 – Схема декомпозиции:

1– пластинчатый теплообменник; 2 – декомпозеры

Охлажденный раствор поступает в головной аппарат батареи непрерывно работающих декомпозеров, сюда же подается затравочный гидроксид. По мере движения от головного декомпозера к хвостовому алюминатный раствор разлагается и охлаждается. Охлаждение достигается с помощью водяных теплообменников и вытяжных труб, которыми оборудованы декомпозеры, а также за счет потерь тепла через стенки декомпозеров. Из хвостового дскомпозера батареи пульпа поступает на дальнейшую переработку.

Устройство декомпозеров. По конструкции различают декомпозеры с механическим и воздушным перемешиванием. Декомпозер с механическим перемешиванием (рисунок 14) представляет собой стальной бак высотой и диаметром 8 м, внутри которого вращается цепная мешалка со скоростью 8—10 об/мин. Такая мешалка состоит из вертикального вала с лопастями, на которых свободно подвешены цепи с волокушами. Декомпозиция осуществляется в серии (10—11 шт.) декомпозеров, каскадно расположенных и соединенных между собой сифонами. Емкость таких декомпозеров около 400 м3.

Декомпозер с воздушным перемешиванием (рисунок 15) представляет собой стальной бак с коническим дном. Применяются декомпозсры с воздушным перемешиванием емкостью от 1000 до 4500 м3.

Рисунок 14 – Схема декомпозера с механическим перомешиванием:

1 — сифон; 2 – стальной бак; 3 — цепная мешалка

Декомпозер емкостью 1800 м3 имеет диаметр 9 м, общую высоту 33,5 м, высоту конусной части 8,7 м.

Рисунок 15 – Схема декомпозера с воздушным перемешиванием:

1 – стальной бак; 2 – аэролифт для перемешивания; 3 – транспортный аэролифт; 4 и 5 – водяные рубашки; 6 и 7 – воздушные трубы; 8 – вытяжная труба

Для циркуляции затравки в декомпозере служит, аэролифт (воздушный подъемник), состоящий из двух труб, вставленных одна в другую. По внутренней трубе в коническую часть декомпозера, где оседающий гидроксид алюминия стекает к вершине конуса, подается сжатый воздух, который, выходя из трубы, образует воздушно-пульповую смесь. Имея меньшую плотность, чем пульпа, эта смесь поднимается по внешней трубе и выходит через верхний открытый ее конец.

Аэролифт устанавливают таким образом, чтобы верхний срез его находился на расстоянии 400—500 мм от крышки дскомпозера, а нижний заходил в его конусную часть. Аэролифт может быть закрыт сверху съемной крышкой. В этом случае в верхней части аэролифта предусматривается распределитель, состоящий из отводов, врезанных в трубу аэролифта, и распределяющих поднимающуюся пульпу по всему сечению декомпозера. Верхний конец внутренней (воздушной) трубы аэролифта соединен с коллектором сжатого воздуха, а нижний не доходит до нижнего среза аэролифта. Кроме циркуляционного аэролифта, имеется транспортный аэролифт, с помошыо которого осуществляется переток пульпы из одного декомпозера в другой. Расход сжатого воздуха на перемешивающий и транспортный аэролифты 0,2-0,5 м3  на 1 м3 пульпы.

Аэролифт для перемешивания, а часто и транспортный аэролифт имеют “водяную рубашку” в виде трубы, надетую на внешнюю трубу аэролифта. В кольцевом пространстве между трубами циркулирует охлаждающая вода.  Под удельной производительностью декомпозеров понимают количество оксида алюминия в килограммах (в пересчете на глинозем), получаемого за сутки рабочего времени с 1 м3 объема декомпозеров. Эту величину обычно называют удельным съемом глинозема при декомпозиции. В зависимости от условий декомпозиции (степени разложения раствора, затравочного отношения, продолжительности процесса и др.) удельный съем глинозема на большинстве заводов составляет 15—20 кг/м3.сут