Выщелачивание бокситов в условиях Павлодарского алюминиевого завода
Линия разложения. На практике растворы обычно разлагаются до каустического отношения - 3,3, после чего маточный раствор направляют на выпарку. Следовательно, состав заводских маточных растворов находится на линии ДС. Раствор остается все время перенасыщенным по отношению к равновесной концентрации Al2O3 при 30о С, причем степень пересыщения тем больше, чем выше конечная температура разложения.
Линия выпарки. Для построения этой линии важно, что при выпаривании изменяется только концентрация растворов, а каустическое отношение остается постоянным. После добавления свежей щелочи для возмещения ее потерь состав раствора будет соответствовать точке А [9].
3.6.2 Обескремнивание алюминатного раствора
Условия выщелачивания боксита должны обеспечивать не только максимальное извлечение окиси алюминия из сырья в алюминатный раствор, но и необходимую степень его обескремнивания, чтобы получить в дальнейшем хорошего качества гидроокись алюминия.
При выщелачивании боксита кремнезем переходит в раствор в виде силиката натрия, а затем осаждается в форме гидроалюмосиликата натрия.
Кривые изменения содержания Al2O3 и SiO2 в растворе (см. рис. 4) совсем не похожи одна на другую.
Кривая для Al2O3 сначала круто поднимается, поскольку глинозема больше всего растворяется за первый час варки, а через 23 ч его содержание в растворе становится почти постоянным. Содержание SiO2 за первый час варки нарастает еще резче, чем Al2O3, но до некоторого максимума, а затем почти также быстро убывает, после чего кривая медленно приближается к горизонтали.
По достижении некоторой предельной метастабильной концентрации SiO2 обескремнивание раствора идет значительно быстрее растворения кремнезема, а к концу выщелачивания в растворе кремневый модуль (Si)увеличивается до 100150, оставаясь в 1,52 раза меньше, чем допустимо для декомпозиции. При разбавлении пульпы растворимость алюмосиликата уменьшается и Si повышается до 200250 [1].
3.6.3 Отделение и промывка красного шлама
Пульпа после выщелачивания бокситов разбавляется первой промводой от промывки красного шлама до концентрации Al2O3 120150 г/л. Разбавление необходимо для завершения обескремнивания алюминатного раствора и снижения вязкости раствора до величин, обеспечивающих отделение красного шлама с приемлимыми для практики скоростями.
При переработке бокситов по последовательному способу Байерспекания красный шлам сначала фильтруют, а затем направляют на спекание.
Скорость осаждения и фильтрации зависит в основном от вязкости жидкой фазы (т.е. от температуры и концентрации) и от кристаллической структуры шлама. Как правило, скорость возрастает с повышением содержания окислов железа и снижается при увеличении содержания ГСН в шламе. Поэтому в большинстве случаев бокситы с большим кремневым модулем образуют после выщелачивания красные шламы с лучшими седиментационными свойствами.
При прочих равных условиях гиббситовые и гиббситбемитовые бокситы дают более тонкое и лучше откристаллизованные шламы (особенно частицы ГСН). При медленном их отстаивании значительно снижается производительность передела, увеличивается число промывок и объем промывочной воды, а также теряется больше глинозема и щелочи с отвальным шламом.
Тонкие частицы красного шлама практически не оседают без предварительной их агрегации (флокуляции с образованием хлопьев). Для этого применяют флокулянты: в основном ржаную муку.
Очень сильно снижается скорость отстаивания (фильтрации) в присутствии в бокситах перита, сидерита и некоторых органических веществ. При повышенном их содержании шламы зависают и практически не отстаиваются. В таких случаях целесообразно применять предварительный обжиг боксита.
Для снижения вязкости раствора и исключения гидролиза алюмината натрия процесс отделения и промывки красных шламов ведут при температуре не ниже 95о С. Если каустический модуль алюминатного раствора недостаточен, то во избежание гидролиза закрепляют оборотным раствором с повышенным ак.
Алюминатный раствор после отделения от красного шлама содержит 0,11,0 г/л твердой взвеси самых тонких фракций шлама. Такой раствор перед разложением подвергают контрольной фильтрации на фильтрах ЛВАЖ [9].
3.7 Расчеты технологического процесса
3.7.1 Подготовка исходных материалов для переработки их в продукции с характеристикой их качества
Исходные данные
Минералогический состав боксита:
гиббсит 55 % (Al2O3 x 3H2O)
каолит 22,1 % (Al4 [Si4O10] (OH)2)
гематит 8,2 % (Fe2O3)
гетит 3,1 % (FeO(OH)
кварц 3,1 % (SiO2)
сидерит 3,0 % (Fe[CO3])
прочие 5,5 %
2) Химический состав сухого боксита, %: Al2O3 44,7; Fe2O3 14,0; SiO2 12,1; СаО 1; СО2 1,72; SO3 0,9; прочие 2,58; П.П.П. 23. Влажность боксита 20,6. Кремневый модуль 3,69.
3) Состав алюминатного раствора г/л: Al2O3 110; Na2Oк 103,65; СО2 10,54; Н2O 1041. Плотность 1280 кг/м3, а = 1,55.
4) Состав оборотного раствора, г/л: Al2O3 113,7; Na2Oобщ 223,5; N2Оок 202; СО2 15,26; Н2O 1048 кг/м3. Плотность 1440 кг/м3, ак = 2,92.
5) Разбавление пульпы при выщелачивании 4 %.
6) Ж:Т
в нижнем продукте сгустителя 3,0
в нижнем продукте последнего промывателя 2,5
7) Товарный выход Al2O3 в ветви Байера 65,4 %
8) Потери, % от содержания в исходном боксите (см. из расчетов).
3.7.2 Расчет материального баланса
Общий товарный выход Al2O3 составляет 88,81 %. Тогда для получения 1 т глинозема необходимо подать в процесс
985: 0,88: 0,447 = 2495,06
В нем Al2O3 - 1115,29 кг.
Так как потери Al2O3 при дроблении составляют 0,3 %, тогда на размол поступает:
1115,29 - (1115,29. 0,003) = 1111,94 кг
Количество необходимого оборотного раствора (V, м3) рассчитывается по формуле:
где аа и ао - каустическое отношение алюминатного
и оборотного растворов соответственно;
а и s - содержание Al2O3 и SiO2 в боксите, поступающем
на мокрый размол, кг;
n - содержание Na2Ok в оборотном растворе, кг/м3.
В этом количестве оборотного раствора содержится, кг:
Al2O3 = 113,7. 10,15 = 1154,06 кг
Na2Ok = 202. 10,15 = 2050,3 кг
Na2Oу = 21,5. 10,15 = 218,23 кг
СО2 = 15,26. 10,15 = 154,89 кг
Н2О = 1048. 10,15 = 10637,2 кг
Итого: 14214,68 кг
Полученные данные сводим в таблицу 4.
Таблица 4 - Баланс размола
Компоненты
|
Введено, кг
|
Получено, кг
|
|
|
боксит влажн.
|
оборотн рр
|
Всего
|
сырая пульпа
|
потери
|
Всего
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Al2O3
|
1111,94
|
1154,06
|
2266
|
2259,3
|
6,7
|
2266
|
|
Na2Oу
|
|
218,23
|
218,23
|
218,23
|
|
218,23
|
|
Na2Oк
|
|
2050,3
|
2050,3
|
2043,1
|
7,2
|
2050,3
|
|
Fe2O3
|
300,99
|
|
300,99
|
299,18
|
1,81
|
300,99
|
|
SiO2
|
348,26
|
|
348,26
|
346,16
|
2,1
|
348,26
|
|
CaO
|
24,88
|
|
24,88
|
24,73
|
0,15
|
24,88
|
|
CO2
|
42,79
|
154,89
|
197,68
|
197,42
|
0,26
|
197,68
|
|
ППП
|
572,14
|
|
572,14
|
568,69
|
3,45
|
572,14
|
|
прочие
|
64,18
|
|
64,18
|
63,79
|
0,39
|
64,18
|
|
Н2О
|
512,44
|
10637,2
|
11149,64
|
11149,64
|
3,09
|
11149,64
|
|
Итого
|
2977,62
|
14214,68
|
17192,3
|
17167,15
|
25,15
|
17192,3
|
|
|
После выщелачивания боксита весь глинозем боксита за вычетом связанного с SiO2 в виде гидроалюмосиликата натрия и частично недовыщелоченного переходит в раствор, а все примеси остаются в шламе.
В красном шламе содержится:
Al2O3 = 348 кг
Na2O = 211,5 кг
Fe2O3 = 346,16 кг
SiO2 = 299,18 кг
CaO = 24,73 кг
прочие - 63,79 кг
П.п.п. - 101,43 кг
Итого: 1394,79 кг
П.п.п. рассчитываем так: общее количество п.п.п. складывается в основном из двух статей: образования гидроалюмосиликата натрия (ГАСН)
Na2O. Al2O3. 2 SiO2. 2H2O
и частично за счет нахождения Fe2O3 в составе Fe(OH)3. Принимаем, что весь кремнезем находится в составе ГАСН, тогда п.п.п. в нем составит:
Принимаем, что 10 % от всей окиси железа в шламе находится в форме Fe(OH)3. Тогда количество п.п.п. за счет этой статьи составит:
346,16. 0,1. 54: 160 = 11,68 кг
Общее количество п.п.п. составит:
89,75 + 11,68 = 101,43 кг
При ж:т в сгустителе 3,5 с 1394,7 кг красного шлама будет увлекаться 4881,76 кг алюминатного раствора или V = 3,81 м3, в котором содержится:
Al2O3 = 3,81. 110 = 419,1
Na2Oк = 3,81. 103,65 = 394,9
Na2Oу = 3,81. 14,85 = 56,58
CO2 = 3,81. 10,54 = 40,16
H2O = 3,81. 10,41 = 39,66,21
Итого: 48,76,95
Это количество Al2O3 и Na2O за вычетом потерь вследствие разложения и недоотмывки шлама будет возвращено на разбавление пульпы с 1й промводой от противоточной промывки красного шлама.
В 1й промводе содержится, кг:
Al2O3 = 419,1 - 4,46 = 414,64 кг
Na2Oк = 394,9 - 4,8 = 390,1 кг
Na2Oу = 56,58 кг
CO2 = 40,16 кг
Количество Н2О в 1й промводе рассчитывается так. В алюминатном растворе содержится 1906,84 кг Al2O3.
На это количество Al2O3 приходится Н2О, кг:
1906,84. 1041: 110 = 18045,64 кг
Тогда с 1й промводой вносится воды, кг:
18045,64 - 11833,24 + 3966,21 = 10178,61 кг
Определяется как разность между содержанием воды в алюминатном растворе и содержанием воды в алюминатном растворе, увлеченном красным шламом, и в жидкой фазе пульпы.
Таблица 5 - Баланс выщелачивания
Компоненты
|
Введено, кг
|
Получено, кг
|
|
|
сырая пульпа
|
конденсат
|
Всего
|
красный шлам
|
жидкая фаза пульпы
|
потери
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
|
Al2O3
|
2259,3
|
|
2259,3
|
348
|
1906,84
|
4,46
|
|
Na2Oу
|
218,23
|
|
218,23
|
|
218,23
|
|
|
Na2Oк
|
2043,1
|
|
2043,1
|
211,5
|
1826,8
|
4,8
|
|
Fe2O3
|
346,16
|
|
346,16
|
346,16
|
|
|
|
SiO2
|
299,18
|
|
299,18
|
299,18
|
|
|
|
CaO
|
24,73
|
|
24,73
|
24,73
|
|
|
|
СО2
|
197,42
|
|
197,42
|
|
197,42
|
|
|
Прочие
|
63,79
|
|
63,79
|
63,79
|
|
|
|
П.п.п.
|
569,69
|
|
568,69
|
101,43
|
467,26
|
|
|
Н2О
|
11146,55
|
686,69
|
11833,24
|
|
111833,24
|
|
|
Итого:
|
17167,15
|
686,69
|
17853,84
|
1394,79
|
16449,79
|
9,26
|
|
|
Таблица 6 - Баланс сгущения
Компоненты
|
Введено, кг
|
Получено, кг
|
|
|
красный шлам
|
жидкая фаза пульпы
|
1я промвода
|
Всего
|
красный шлам
|
алюм
инатный
рр с
кр. шламом
|
алюми
натный
рр на декомпоз.
|
Всего
|
|
Al2O3
|
348
|
1906,84
|
414,64
|
2669,48
|
348
|
414,64
|
1906,84
|
2669,48
|
|
Na2Oк
|
211,5
|
1826,8
|
390,1
|
2428,4
|
211,5
|
390,1
|
1826,8
|
2428,4
|
|
Na2Oу
|
|
218,23
|
56,58
|
274,81
|
|
56,58
|
218,23
|
274,81
|
|
Fe2O3
|
346,16
|
|
|
346,16
|
346,16
|
|
|
346,16
|
|
SiO2
|
299,16
|
|
|
346,16
|
346,16
|
|
|
346,16
|
|
CaO
|
24,73
|
|
|
24,73
|
24,73
|
|
|
24,73
|
|
СО2
|
|
197,42
|
40,16
|
237,58
|
|
40,16
|
197,42
|
237,58
|
|
Прочие
|
63,79
|
|
|
63,79
|
63,79
|
|
|
63,79
|
|
П.п.п.
|
101,43
|
467,26
|
|
568,69
|
101,43
|
|
467,26
|
568,69
|
|
Н2О
|
|
11833,24
|
10178,61
|
22011,85
|
|
3966,21
|
18045,64
|
22011,85
|
|
Итого:
|
1394,79
|
16449,79
|
11080,09
|
28924,67
|
1394,79
|
4867,69
|
22662,19
|
28924,67
|
|
|
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6
|
|