» » Факторы, влияющие на процесс сгущения красного шлама
03.12.2015

На процесс осаждения твердой фазы шламовой пульпы влияют следующие основные факторы:
1) крупность частиц твердой фазы шламовой пульпы (d);
2) минералогический состав боксита (плотность частичек минералов (рч));
3) вязкость алюминатного раствора (концентрация и температура);
4) наличие и свойства флокулянтов и коагулянтов;
5) соотношение жидкой и твердой фаз.
Крупность частиц твердой фазы шламовой пульпы
Основная масса твердой фазы шламовой пульпы состоит из частиц размером 1—10 мкм (УАЗ) и 10—30 мкм (БАЗ), которые осаждаются медленно. Частицы диаметром менее 0,1 мкм практически не осаждаются.
Процесс осаждения частиц красного шлама в алюминатном растворе осуществляется под действием сил тяжести. С определенной долей условности этот процесс может быть описан уравнением Стокса для скорости осаждения шарообразной частицы в условиях свободного падения:
Факторы, влияющие на процесс сгущения красного шлама

где ωос — скорость оседания частиц, м/с; d — диаметр частицы, м; ρч — плотность частицы, кг/м3; ρср — плотность среды, кг/м3; μср — коэффициент вязкости среды, кг*с/м2.
В реальных условиях для полидисперсной пульпы в расчетах используют величину удельной поверхности или удельного веса, а также учитывают, что процесс проходит в условиях стесненного падения частиц:
Факторы, влияющие на процесс сгущения красного шлама

где γт — удельный вес красного шлама (2,5—3,2), г/см3; γж — удельный вес жидкой среды (1,17—1,2), г/см3; d — диаметр частицы (10—20) мкм; μж — вязкость (1—3); ε — удельный объем свободы (доля жидкости), ε = Vж/Vж+Vт; Vж, Vт — объемы жидкой и твердой среды (раствора и частичек красного шлама).
Из приведенных уравнений видно, что скорость осаждения твердой частицы зависит от ее диаметра, плотности и вязкости жидкой среды. Так как разность ρч—ρср для состава пульпы — величина практически постоянная, то на скорость осаждения можно существенно влиять изменением диаметра частиц d и вязкости среды μ.
Отсюда важен выбор оптимальной крупности помола боксита, обеспечивающей высокое значение извлечения Аl2O3 и необходимую скорость сгущения красного шлама.
Вязкость алюминатного раствора (концентрация и температура) Разбавление — важный фактор интенсификации процесса осаждения, поскольку оно существенно снижает вязкость μ и плотность среды ρср. Пульпа разбавляется с Nа2Oк = 280 г/л, αк = 1,6—1,7 до Nа2Ок = 140-150 г/л, αк = 1,65-1,72.
При разбавлении происходит дополнительное обескремнивание раствора: состав пульпы изменяется по лучу АО (см. рис. 6.2). В результате раствор попадает в область, пересыщенную SiO2 относительно гидроалюмосиликата натрия (область I). Во избежание выделения ГАСН во время декомпозиции пульпу при разбавлении выдерживают. При наличии шлама, играющего роль затравки, обеспечивается обескремнивание (линия ВС) до равновесной концентрации по SiO2 (точка С) с μSi = 300.
На вязкость раствора также оказывает влияние температура: перегрев разбавленной пульпы в автоклаве с 95 до 120 °С ускоряет отстаивание на 1020 %, при этом заметно увеличивается стойкость растворов, что позволяет понизить каустическое отношение.
Факторы, влияющие на процесс сгущения красного шлама

Минералогический состав боксита
Крупность частиц шлама зависит не только от помола боксита, но и связана с распадом частиц во время выщелачивания. Наиболее тонкодисперсный шлам образуется при выщелачивании гиббситовых и бемитовых бокситов (ρч = 2,7-2,8 г/см3); при выщелачивании диаспоровых бокситов образуется более плотный шлам (ρч = 3,1-3,2 г/см3). Кроме того, крупность частиц зависит от их способности к агрегации, т. е. к образованию хлопьев (агрегатов). В присутствии крупных частиц хлопьеобразование идет с большей скоростью.
На величину скорости отстаивания оказывает влияние и фазовый состав красного шлама. Неполное извлечение Аl2O3 приводит к снижению скорости отстаивания — плотность шлама с недовыщелоченным Аl2O3 ниже. Скорость отстаивания зависит от содержания ГАСН в шламе (SiO2 в боксите). Чем оно выше, тем хуже шлам отстаивается. Оказывает влияние на скорость осаждения и структура образуемого ГАСН. Чем более тонкозернистый ГАСН, тем больше он удерживает воды, и тем хуже он отстаивается.
Большое значение для передела сгущения и промывки красного шлама имеет форма гидроксида железа. При температуре выщелачивания 230 °С процесс дегидратации для гидроксидов Fе является необратимым только для гидрогематита. В то же время лимонит и гетит, теряя воду на выщелачивании, вновь гидратируются на сгущении и промывке шлама; шлам разбухает, плохо отстаивается, и снижается степень отмывки шлама от щелочи. Только в условиях высокотемпературного выщелачивания при 260 °С процесс дегидратации становится необратимым для всех гидроксидов железа.
Низка скорость отстаивания шламов от выщелачивания бокситов, содержащих сидерит и мельниковит-пирит, в связи с особенностью поведения этих соединений при выщелачивании — образованием тонкодисперсных соединений гидроксида Fе(II) и гидрокситиоферрата натрия.
Действие флокулянтов и коагулянтов
Важными процессами, протекающими при сгущении, являются коагуляция и флокуляция. В алюминатном растворе частицы шлама имеют одноименный электрический заряд и поэтому взаимно отталкиваются (за счет действия кулоновских сил), что препятствует их слиянию и образованию более крупных хлопьев. При сгущении отдельные частицы шлама, заряженные одноименными зарядами, благодаря наличию двойного электрического слоя, под влиянием добавок — коагулянтов теряют заряд, становятся электронейтральными, и при этом резко уменьшается толщина гидратной пленки на поверхности частиц. Между частицами появляются силы сцепления, и в результате образуются хлопья.
При флокуляции происходит нарушение устойчивости взвеси вследствие адсорбции органических гетерополярных веществ на поверхности частиц. В этом случае создаются предпосылки для проявления сил сцепления между углеводородными частями закрепившихся на поверхности молекул или ионов флокулянта, возникают условия для образования агрегатов.
В производственных условиях для ускорения процесса отстаивания используют различные добавки. На отечественных заводах широко используется ржаная мука, на зарубежных заводах — крахмал. Применяются различные синтетические флокулянты — седипур, полиакриламид, алклар и др. Дозировка флокулянта изменяется при снижении или увеличении потока по красному шламу.
Преимущество синтетических флокулянтов определяется скоростью осаждения шлама: увеличение почти в 3-10 раз по сравнению с использованием ржаной муки. Кроме того, процесс приготовления, дозирования и контроля полностью автоматизирован. Расход данных флокулянтов на порядок меньше по сравнению с расходом муки.
Использование различных флокулянтов и коагулянтов существенно увеличивает производительность сгустителей и соответственно производительность участка сгущения и промывки красного шлама.
Соотношение жидкой и твердой фаз
В формулу (6.2) входит величина ε — удельный объем свободы (доля жидкости), ε = Vж/Vж+Vт. Соответственно при разбавлении пульпы, т. е. при увеличении объема жидкости в пульпе, увеличивается скорость осаждения красного шлама.