Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
В основу высокотемпературного процесса выщелачивания бокситов положены результаты теоретических исследований системы Na2O-Аl2O3-Н2O, согласно которым при взаимодействии бемита и диаспора со щелочно-алюминатными растворами с повышением температуры от 200 до 300 °С можно получить равновесные алюминатные растворы с каустическим модулем 1,55 и ниже в диапазоне концентраций Na2Oк=10-20 %. Следовательно, повышение температуры выщелачивания обеспечивает разложение боксита при низком αк и относительно невысоких концентрациях Na2Oк. Этот вывод иллюстрируется кривыми, приведенными на рис. 5.1. При одной и той же концентрации свободной щелочи отношение Аl2O3:Na2O (по массе) в равновесном алюминатном растворе с повышением температуры возрастает. Кроме того, как следует из кинетических зависимостей, изображенных на рис. 4.6-4.10, повышение температуры приводит к значительному ускорению процесса выщелачивания. В этой связи появляется возможность замены емкостных толстостенных автоклавов трубчатыми реакторами, в которых разложение боксита заканчивается в течение нескольких минут.
Возможность использования для выщелачивания оборотных растворов низких концентраций Na2Ок позволяет свести к минимуму разность между концентрациями щелочи в оборотном и алюминат-ном растворах, т. е. выпаривать минимальное количество воды в процессе Байера.
Анализ теоретических данных указал на большие технологические и технико-экономические преимущества высокотемпературного выщелачивания. Длительная отработка в полупромышленном масштабе в России и за рубежом процесса автоклавного выщелачивания моногидратных бокситов при высоких температурах и давлениях подтвердила теоретические предпосылки и позволила получить следующие технологические данные:
1) выщелачивание диаспоровых бокситов, например, при 280 °С и расчетном каустическом модуле пульпы 1,4-1,5 сопровождается более полным вскрытием сырья, повышением извлечения оксида алюминия на 2-4 % и приближением его к теоретической величине при сокращении в 5-6 раз времени выщелачивания;
2) высокотемпературное выщелачивание бокситов приводит к интенсификации не только самого автоклавного процесса, но и других переделов способа Байера. Если максимальное извлечение оксида алюминия из сырья при обычных условиях выщелачивания, например при 235 °С для диаспоровых бокситов, достигается только при высоких концентрациях щелочи (280-300 г/л), то для максимального извлечения Аl2O3 при 260-270 °С достаточна концентрация в оборотном растворе Nа2O 200 г/л. В этом случае расход пара на упаривание маточного алюминатного раствора сокращается примерно в 1,5-2 раза при условии нагрева пульпы в автоклавах острым паром. Если же вести выщелачивание при 280-300 °С, бокситовую пульпу нагревать через поверхность и применять многократное само-испарение автоклавной пульпы, то для выщелачивания сырья можно использовать оборотные маточные растворы с очень малой степенью упаривания или вообще без него. В этом случае паропотребление в цикле Байера снижается примерно вдвое, а доля тепловых затрат в себестоимости глинозема уменьшается с 12-15 до 6-7 %;
3) снижение каустического модуля алюминатного раствора при высокотемпературном выщелачивании позволяет уменьшить удельные материальные потоки в процессе;
4) автоклавные шламы после высокотемпературного выщелачивания характеризуются лучшими седиментационными свойствами, лучше уплотняются и более полно отмываются от адсорбированной щелочи. Это имеет очень большое значение для всего способа Байера, так как передел отделения и промывки отвального красного шлама очень громоздкий и дорогой.
Высокотемпературное выщелачивание бокситов — это более высокий технический уровень автоклавных процессов, с применением новых схем и аппаратов для подогрева, обработки и регенерации тепла бокситовых пульп. Разработаны, испытаны и находятся в стадии внедрения высокоэффективные теплообменники, реакторы, самоиспарители.
Зарубежные трубчатые выщелачиватели состоят из нескольких секций, в которых расположен пучок труб, имеющих общий теплообменник. Пульпу нагревают до температур выше 250 °С с помощью различных теплоносителей; пульпа и щелочной раствор нагнетаются под давлением 6,87-7,85 МПа. Температура выщелачивания в последних секциях 270-275 °С, скорость пульпы 3 м/с, продолжительность выщелачивания венгерских бокситов 10 мин. Принципиальная схема высокотемпературного (270 °С) выщелачивания боксита на одной из зарубежных опытных установок представлена на рис. 5.2. Нагрев сырой пульпы осуществляют по противоточной схеме паром самоиспарения, образующимся как при сепарации выщелоченной пульпы, так и при дросселировании конденсата.
Способ выщелачивания бокситов в трубчатом аппарате при температуре около 300 °С осуществлен в промышленном масштабе в Германии. Производительность трубчатого выщелачивателя по глинозему 60 тыс. т в год. Выщелачиватель представляет собой трубопровод, состоящий из элементов «труба в трубе». По внутренней трубе со скоростью 1—1,5 м/с протекает бокситовая пульпа. Нагрев пульпы на разных стадиях осуществляют от 80-100 до 280-300 °С сначала теплом пара самоиспарения, затем путем теплообмена с выщелоченной пульпой и, наконец, с перегретым высококипящим теплоносителем (солевым расплавом, дифенильной смесью и др.).
Нагрев на всех стадиях происходит по принципу противотока. Реакционная выдержка пульпы при максимальной температуре сведена к минимуму либо вообще исключена.
Внедрение технологии высокотемпературного выщелачивания бокситов с использованием многоступенчатого самоиспарения автоклавной пульпы в производство глинозема высокоэффективно согласно технико-экономическим расчетам ВАМИ.