Разработка технологии получения ТКГА конверсией среднемодульного раствора при получении глинозёма Байер-гидрогранатным способом

     Содержание 

      Введение 
 

     Возрастающее  потребление алюминия в автомобильной, пищевой, аэрокосмической, строительной, электротехнической и других отраслях промышленности обуславливает динамичный рост его производства.

     Увеличение  объемов производства алюминия требует  эквивалентного увеличения производства глинозема, единственного сырья  для изготовления первичного алюминия.[1]

     Известно  несколько способов переработки  низкокачественных бокситов на глинозем. В классическом способе Байера выщелачивание боксита в автоклавах ведут из расчета связывания диоксида кремния SiO₂ в гидроалюмосиликат (ГАСН), который выводится в массе нерастворимого остатка на шламовое поле. Недостатками этого способа являются значительные потери щелочи и глинозема, что не позволяет экономически выгодно перерабатывать бокситы с кремневым модулем менее 8, а отвальные шламы становятся экологически вредными и непригодными для утилизации в промышленности.

     В классическом способе спекания боксита с известняком и содой диоксид кремния связывают в ортосиликат кальция 2CaO·SiO₂ путем термической обработки шихты во вращающихся открытых печах при температуре 1100-1200 °С. Этот процесс требует больших затрат топлива и электрической энергии, осуществляется при значительных трудовых и эксплуатационных расходах, сопровождается значительным экологическим воздействием на воздушный бассейн (выбросы пыли, щелочные возгоны, газовые продукты горения топлива и др.).

      В комбинированном способе Байер-спекание, параллельный вариант, около 80% бокситового сырья подают на переработку в ветвь Байера, а около 20% – в ветвь спекания. В результате переработка сырья осуществляется с более высокими показателями, но сохраняются указанные выше недостатки и классического Байера, и классического спекания, в эквивалентных долях.

      В комбинированном способе Байер-спекание, последовательный вариант, бокситовое сырье перерабатывают способом Байера, а полученный при этом красный шлам подвергают термической обработке методом спекания. Общий результат обработки сырья складывается из суммы показателей двух автономных способов, с усиленной негативной ролью спекательного передела.[2]

     Гидрогранатовая технология переработки высококремнистых бокситов на глинозем рассматривается как альтернатива действующим схемам. Сущность нового технического решения состоит в переводе активной двуокиси кремния из состава боксита в пассивную форму связанного кремнезема в составе отвального шлама, представленную гидрогранатовыми соединениями, преимущественно железистой фазы. Эта технология переработки бокситов обусловлена минимальным уровнем потребления топлива и соды, снижением металлоемкости основного оборудования, достижением низкой себестоимости продукции и сокращением выбросов двуокиси углерода в атмосферу.

       1 Краткое описание  технологии АО  «Алюминий Казахстана» 

      АО  «Алюминий Казахстана» состоит из трех цехов: цех подготовки сырья (ЦПС), гидрометаллургический цех (ГМЦ) и цех спекания (ЦС).

      ЦПС осуществляет прием, дробление и  усреднение боксита, известняка, угля и антрацита, а также прием кальцинированной соды и выдачу перечисленного сырья в ГМЦ и ЦС. Боксит, известняк, уголь и антрацит выгружаются на территории завода роторными вагоноопрокидывателями в приемные бункера емкостью 280 м³ каждый. Сырье из бункеров по ленточным конвейерам поступает в отделение среднего дробления, где дробится до заданной крупности, а затем поступает в расходные склады. Расходные склады состоят из семи одноэтажных зданий, которые предназначены для хранения и усреднения боксита, известняка и угля. Четыре склада используют для боксита, два – для известняка и один – для угля. Усреднение сырья в расходных складах осуществляется при закладке штабелей передвижными реверсивными ленточными конвейерами. Поступающие партии сырья закладываются последовательно горизонтальными слоями. Дальнейшее усреднение происходит при выдаче сырья со склада роторным экскаватором, забирающим сырье по всему поперечному сечению штабеля.

      Тракт топливоподачи представляет собой  последовательную, поточную, транспортную, конвейерную схему механизмов и предназначен для сортировки и подачи угля в расходные бункера склада сырого угля, фабрики газификации угля. Конвейерные галереи тракта топливоподачи непосредственно связаны с галереями подачи угля основного технологического процесса. Заполнение расходных бункеров склада сырого угля производится периодически, по мере прибытия вагонов с углем на завод.

      Выдача  материалов в процесс из штабелей расходных складов производится роторными экскаваторами на ленточные конвейера, системой которых сырье подается по назначению: боксит – в бункер мокрого размола ГМЦ, известняк (чистый или в смеси с бокситом) и антрацит – в бункера участка подготовки шихты ЦС, уголь (топливо) – в бункера пылеугольного отделения ЦС. Для учета количества поданного сырья на конвейерах каждого направления транспортировки установлены весоизмерители.

      ГМЦ представляет собой Байеровскую  ветвь последовательной схемы получения  глинозема, состоящей из следующих  операций: размол боксита, вывод железистых песков, выщелачивание бокситовой пульпы, сгущение и промывка красного шлама, контрольная фильтрация алюминатного раствора, фильтрация красного шлама, вакуум охлаждение алюминатного раствора, декомпозиция алюминатного раствора, обработка гидрата, выпарка маточного раствора, содовыделение, кальцинация товарного глинозема.

      Боксит  из ЦПС ленточными конвейерами распределяется по бункерам каждой из девяти мельниц, емкость каждого бункера 300 м³. Из бункера боксит пластинчатым питателем вместе с оборотным раствором подается в стержневую мельницу, где дробится до определенной тонины, Оборотный раствор с выпарки и декомпозиции поступает в баки оборотного раствора, откуда распределяется на мельницы. Дозировка оборотного раствора обеспечивает получение каустического модуля вареной пульпы в заданных пределах. Для вывода вредных примесей боксита из технологического процесса на участке работает схема вывода железистых песков.

      Сырая пульпа из мешалок подается на выщелачивание. Выщелачивание боксита разбавленной пульпой и выдержка разбавленной пульпы (обескремнивание) производится в цепных мешалках, объединенных в нити. В нитках мешалки расположены каскадом, что обеспечивает непрерывное протекание пульпы самотеком. Выщелачивание ведется при атмосферном давлении, острым паром.

     Для увеличения времени обескремнивания дополнительно задействован сгуститель диаметром 20 м № 2/2 и мешалка № 248. Разбавление вареной пульпы производится первой промывной водой  от промывки красного шлама. Разбавление ведется до получения заданной концентрации жидкой фазы разбавленной пульпы.

      Осаждение красного шлама на переделах сгущения и промывки осуществляется в аппаратах  двух типов: одноярусный сгуститель диаметром 40 м и одноярусный сгуститель диаметром 20 м. Слив сгустителя поступает в мешалки слива, откуда насосом подается на контрольную фильтрацию. Сгущенный шлам из конусов сгустителя диаметром 40 м поступает на промывку, а из конусов сгустителя диаметром 20 м – на первую стадию фильтрации красного шлама и частично на промывку.

      Система промывки противоточная и трехкратная. Шлам подается в головной промыватель, горячая вода – в хвостовой. Шлам из конуса последних промывателей подается на ФКШ. Слив первых промывателей поступает на выщелачивание для разбавления вареной пульпы.

      Для контрольной фильтрации используются листовые вертикальные фильтры периодического действия, работающие под давлением типа ЛВАЖ-125, ЛВАЖ-225 и МВЖ-250. Отфильтрованный алюминатный раствор из баков чистого фильтрата насосами откачивается на декомпозицию.

      Фильтрация  красного шлама производится на дисковых вакуум-фильтрах непрерывного действия ДУ-100, ДОО-100. Фильтрация красного шлама производится в три стадии: на первой стадии фильтруется шлам со сгущения; на вторую стадию поступает репульпированный шлам с первой стадии; на третью стадию поступает репульпированный шлам со второй стадии и усредненный шлам с хвостовых промывателей. Отфильтрованный шлам откачивается в шламовые бассейны.

      Алюминатный раствор после контрольной фильтрации участка №2 поступает на узел вакуум-охлаждения. Часть алюминатного раствора ветви Байера поступает в отдельную мешалку, откуда откачивается на схему агломерации. Остальная часть алюминатного раствора ветви Байера смешивается с алюминатным раствором ветви спекания и подается в головной декомпозер узла декомпозиции №1 и на репульпацию затравочного гидрата. На узле вакуум-охлаждения расположены самоиспарители алюминатного раствора. Охлаждение алюминатного раствора в самоиспарителях основано на удалении тепла с паром, образующимся при вскипании раствора под вакуумом.

      Конденсация пара, полученного при испарении, осуществляется в барометрических  конденсаторах подшламовой и  оборотной водой. Оборотная вода после использования направляется в бассейны на охлаждение. Подшламовая вода откачивается насосами в цех спекания.

      Разложение  алюминатного раствора происходит на узле декомпозиции. Выкручивание происходит за счет разложения гидратной пульпы, представляющей собой смесь алюминатного раствора и затравочного гидрооксида алюминия, с выделением в осадок гидроксида алюминия. На увеличение степени разложения оказывают влияние следующие факторы: время разложения, количество и качество затравки, каустический модуль алюминатного раствора и его концентрация, наличие примесей, температурный режим.

      Обработка гидрата включает в себя: классификацию, сгущение, фильтрацию гидратных пульп после декомпозиции, контрольную фильтрацию маточного раствора. Гидратная пульпа, состоящая из маточного раствора и свежеосажденного гидрооксида алюминия с хвостовых декомпозеров, поступает самотеком на гидросепараторы и гидроциклоны, где происходит классификация гидрооксида алюминия.

      Для улучшения дисперсного состава  продукционного гидрата на участке  внедрена и работает схема двухстадийной  гидросепарации. По этой схеме пески гидросепараторов первой стадии фильтруются и направляются в качестве затравки на декомпозицию, где происходит дополнительный рост кристаллов. Гидратная пульпа с хвостового декомпозера батареи №7 классифицируется в гидросепараторах второй стадии и затем пески отправляются на продукционную фильтрацию. Слив гидросепараторов первой стадии поступает на сгущение. Слив гидросепараторов второй стадии смешивается с пульпой разгрузки батарей №8 и №9 и подается на дисковые фильтры затравочной фильтрации.

      Гидратная пульпа из-под конусов сгустителей направляется на затравочную фильтрацию, репульпируется алюминатным раствором и откачивается в качестве затравки в головные декомпозеры. Фильтрат затравочных фильтров смешивается со сливом сгустителей и отправляется на контрольную фильтрацию. Контрольная фильтрация маточного раствора осуществляется на фильтрах ЛВАЖ-125, 225. После контрольной фильтрации осветленный раствор откачивается на выпарку.

      Конусный  продукт гидросепараторов второй стадии и пески гидроциклонов направляются на продукционную фильтрацию, где происходит отмывание гидрата от щелочи и его фильтрация.

      Участок выпарки предназначен для упаривания воды и вывода примесей, накапливающихся в растворах при переработке исходного сырья. Выпарка должна обеспечить подачу оборотного раствора в голову процесса, с заданной концентрацией по Na2Оку.

      Упаривание  маточных растворов ведется в  выпарных батареях, состоящих из  последовательно соединенных выпарных аппаратов, обогреваемых паром с ТЭЦ и вторичным паром, образующимся при кипении растворов. Движение пара и раствора в батарее противоточное. При упаривании растворов происходит выделение примесей в твердую фазу, с последующим выводом их из процесса.

      Упаренный раствор крепких выпарных батарей  подается в кристаллизатор, с целью  укрупнения кристаллов твердой фазы, затем в сгуститель, где раствор отделяется от твердой фазы. Слив сгустителя самотеком поступает в бак оборотного раствора. Пульпа из-под конуса сгустителя фильтруется на барабанных фильтрах БОУ-20. Кек фильтров, представляющий собой смесь выделенных из растворов примесей, репульпируется оборотной водой (конденсатом) и откачивается на репульпацию красного шлама.