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

      Кальцинация гидроокиси алюминия является завершающей  операцией в технологии производства глинозема. Она ведется с целью обезвоживания гидроокиси алюминия и получения безводного негигроскопичного глинозема. Прокалка осуществляется в трубчатых вращающихся печах. Холодильники печей –трбчатые вращающиеся и кипящего слоя. Продукционная гидроокись алюминия с узла фильтрации системой ленточных конвейеров подается в бункера печей. Топливом служит мазут, который подается в горячую головку печи из форсунки. Гидрат подается с холодной головки печи и движется навстречу горящему факелу. Прокаленный глинозем из печи подается в холодильник. Охлажденный глинозем из холодильников поступает в бункера, из которых камерными насосами откачивается на склад глинозема.

      ЦС  перерабатывает красный шлам ветви  Байера и включает в себя переделы подготовки шихты, спекания, дробления спека и гидрохимической переработки спека. Разложение и последующая обработка растворов цеха спекания производится в гидрометаллургическом цехе. Шихта для печей спекания составляется из красного шлама, оборотной соды, оборотного белого шлама, свежей кальцинированной соды, известняка и угля-восстановителя. При необходимости в шихту вводится боксит.

      Приготовленная  шихта под давлением подается в печи спекания. Спекание производится в трубчатых вращающихся печах. Шихта по мере прохождения через печь последовательно подвергается процессам сушки, кальцинации, спекания и частичного охлаждения. В зоне спекания материал нагревается до температуры 1150 – 1200 °С. Топливом для печей спекания служит уголь (или мазут). В результате физико-химических превращений и частичного оплавления шихты получается спек. Охлажденный спек дробится до определенной крупности и поступает на выщелачивание гидрохимического отделения.

      Выщелачивание проводится в трубчатом выщелачивателе крепкой промывной водой противотоком, при котором алюминат натрия переходит в раствор. Слив трубчатых аппаратов поступает на сгущение серого шлама. Разгрузка сгустителя поступает на узел фильтрации серого шлама. Фильтрация производится на фильтрах ДОО-100 через капрон. Кек промывается в вертикальных аппаратах и откачивается в отвал, фильтрат объединяется со сливом сгустителей и поступает на уел автоклавного обескремнивания.

      Обескремнивание происходит в автоклавных батареях за счет высокой температуры и времени выдержки. После обескремнивания раствор поступает на сгущение. Слив сгустителей фильтруется на фильтрах ЛВАЖ и откачивается на узел вакуумного охлаждения, а белый шлам из под конуса сгустителей частично откачивается откачивается на УПШ и частично является затравкой для обескремнивания раствора в автоклавных батареях. Для поднятия кремниевого модуля отфильтрованного раствора запущена схема глубокого обескремнивания части слива сгустителей.

      Шлам  после выщелачивания в трубчатом  выщелачивателе поступает в стержневые мельницы домола в смеси со слабой промывной водой. Далее шлам откачивается на узел промывки шлама. Промывка шлама трехстадийная противоточная. Слив первой стадии промывателей является крепкой промывной водой и поступает на трубчатые выщелачиватели. Слив второй стадии является слабой промывной водой и поступает на стержневые мельницы домола. На третью стадию подается горячая вода.

1. Шламы цеха спекания, промывки и вертикальных выщелачивателей откачивают на распределительные коробки шламоудаления. Туда же производятся сбросы шламов всего завода. Шламы объединяются в шламобассейнах и насосами откачиваются в шламонакопители ЭЦ.[3]

       2 Описание технологии  Байер-гидрогранатного  способа 

      Способ  гидрохимической переработки алюмосиликатного сырья осуществляется следующим образом.

      В первой части полного технологического цикла используют классический способ Байера, где перерабатывают низкокачественный боксит.

      Во  второй части технологического цикла  осуществляют переработку красного шлама гидрогранатным способом, при этом извлеченные из шлама окись натрия и алюминия возвращаются в первую часть цикла в виде гидрохимического раствора алюмината натрия.

      Берут 1 тонну сухого красного шлама, а  также жидкую фазу, и смешивают  с высокомодульным алюминатным  раствором. Полученную суспензию выдерживают в мешалке в течение 30 минут, после чего подают в автоклавную установку гидрохимического выщелачевания.

      Рыжую соду из ветви Байера смешивают с  кальцинированной содой, оборотной 10-водной содой и железосодержащий материал (железную окалину), добавляют воду и высокомодульный раствор. Полученную шихту подают во вращающуюся печь с целью термической каустификации карбонатовнатрия при температуре 1000 °С, которую осуществляют посредством синтеза железистого клинкера, содержащего в основном феррит натрия Na₂Fe₂O₄.

      Клинкер смешивают с товарной известью и подвергают мокрому размолу и репульпации в высокомодульном растворе. Полученную известково-клинкерную суспензию, содержащую трехкальциевый гидроферрит 3CaO · Fe₂O₃ · 6H₂O и гидроокись кальция Са(ОН)₂ в твердой фазе, а также высокомодульный раствор в жидкой фазе, направляют непосредственной в поток шламовой суспензии, которую подают на установку выщелачивания красного шлама.

      Общий поток суспензии подвергают выщелачиванию при температуре 235 °С в течение 1 часа в автоклавной установке, составленной из рекуперативного пульпо-пульпового теплообменника и пустотелых автоклавов стандартного типа, с острым нагревом пульпы водяным паром с давлением до 4,0 МПа.

      Гидрогранатовый шлам отделяют от жидкой фазы, затем промывают водой, фильтруют и выводят на сухое шламовое поле.

      Среднемодульный алюминатный раствор подвергают конверсии, для чего в раствор вводят гидроокись кальция. При длительной выдержке пульпы в мешалках, при температуре 60-80 °С и непрерывном перемешивании, устанавливается равновесное состояние, при котором вся регенерированная из красного шлама окись алюминия переходит в твердую фазу – трехкальциевый гидроалюминат (ТКГА).

      Суспензию ТКГА подвергают вакуумной фильтрации и отделяют влажный осадок. Жидкую фазу, представляющую собой слабый высокомодульный раствор (ВМР), подвергают концентрирующей выпарке.

      Часть потока концентрированного ВМР подвергают специальной обработке, включающей охлаждение раствора до 25…30 °С, кристаллизацию в мешалке и центрифугирование. В результате обработки из циркуляционного потока высокомодульного раствора последовательно выводят первоначально гидрат сульфата натрия, а затем гидрат карбоната натрия.

      Очищенный крепкий раствор ВМР возвращают в начало гидрохимической ветви  по назначению.

Условно сухой кек ТКГА репульпируют крепким  высокомодульным раствором. Объем раствора адекватен величине окиси натрия, регенерированной из красного шлама и содовых потоков на узле термической каустификации. Полученную пульпу подвергают автоклавной обработке при температуре 235°С в течение 30 минут в специальной установке, составленной из пульпо-пульпового рекуперативного теплообменника и автоклавов с мешалкой и греющими элементами. После установления равновесного состояния, при котором вся связанная в ТКГА окись алюминия переходит в раствор, автоклавную известковую суспензию охлаждают до температуры 105°С и подвергают немедленной фильтрации на камерном фильтрпрессе.

      Кек Са(ОН)₂ передают на конверсию новой порции среднемодульного алюминатного раствора, а фильтрат в виде гидрохимического раствора алюмината натрия передают в соответствующую точку ветви Байера. [4] 

      2.1 Описание оборудования узла конверсии среднемодульного раствора 

      Вертикальный  выщелачиватель. Вертикальный выщелачиватель представляет собой аппарат для непрерывного проточного выщелачивания красного шлама в присутствии известьсодержащей добавки. Аппарат состоит из следующих основных узлов: бункера для красного шлама, питателя, вертикальной трубы для выщелачивания, секторного разгружателя шлама и гидравлической системы подачи в выщелачиватель шламовой суспензии. Вертикальная труба имеет переменное по высоте сечение и состоит из нескольких цилиндрических участков различных диаметров, соединенных усеченными конусами. Этим обеспечивается увеличение скорости восходящего потока по мере повышения концентрации алюминатного раствора.

      По  высоте аппарата предусмотрена организация  поперечных перекачек, обеспечивающих выравнивание концентрации раствора по сечению. Для регулирования температурного режима установлена наружная водяная рубашка. Горячая вода для выщелачивания закачивается через патрубок под конус, чем обеспечивается равномерный вход жидкости по сечению.

      Гидравлический  затвор в зоне выгрузки шлама из аппарата обеспечивается при закачке холодной воды под вспомогательный конус, расположенный ниже конуса, под которым подается горячая вода. Регулирование гидравлического режима подачи холодной воды по разнице температур воды, отходящей через узел разгрузки, и воды в промежуточной зоне между конусами.  

      Рисунок 1 – Вертикальный выщелачиватель: 1 – корпус; 2 – секторный разгружатель шлама; 3 – бункер; 4 – шибер. 

      Вертикальный  выщелачиватель обеспечивает получение среднемодульного алюминатного раствора с высоким извлечением полезных компонентов.[5]

      Сгуститель. Схема сгустителя периодического действия представлена на рисунке 2. Разгрузка осадка производится через задвижку в нижнюю трубу. Осветленный раствор удаляется постепенным понижением подвижного сифона. Такие отстойники работают группами по шесть и более штук. В то время как некоторые из них разгружаются, в другихидет отстаивание.  

      Рисунок 2 – Схема сгустителя периодического действия 

      Разделение  смеси путем отстаивания происходит довольно медленно, так как скорость опускания взвешенных частиц обычно весьма незначительна. На скорость осаждения влияние оказывает вязкость жидкости, поэтому в некоторых случаях стремятся ее уменьшить путем подогрева. При этом необходимо предохранить жидкость от восходящих конвекционных токов, так как они будут работать против процесса отстаивания.

      Для слива жидкости существует несколько  приемов: сифонная трубка с шаровым  поплавком, краны по высоте отстойника.[6]

       3 Расчетная часть 

      3.1 Материальный баланс 

      При переработке классическим способом Байера низкокачественного боксита массой в %:

из 1,435 тонны сухого боксита получают:

      После этого осуществляют переработку  красного шлама по гидрогранатному способу, при этом из шлама окись натрия и окись алюминия возвращают в первую часть цикла в виде гидрохимического раствора алюмината натрия.