Выщелачивание бокситов в условиях Павлодарского алюминиевого завода (стр. 4 из 10)
Способ Байера самый дешевый и самый распространенный, однако для его существования требуются высококачественные бокситы. Способ спекания – наиболее дорогой, но более универсальный и может применяться к любому высококремнистому алюминиевому сырью. В последние годы с большим успехом применяются комбинированные щелочные способы. Параллельный вариант используют для термической каустификации соды и компенсации потерь дорогой каустической щелочи более дешевой содой; для спекательной ветви этого варианта может применяться как высококачественный байеровский боксит, так и спекательный. Последовательный вариант комбинированного способа по техникоэкономическим показателям занимает промежуточное положение между способом Байера и способом спекания и применяется для высококремнистых бокситов для максимального извлечения из них глинозема.
3.6 Описание основных технологических процессов
Способ Байера и способ спекания имеют определенные недостатки, это – ограниченность применения, высокий расход дорогостоящей каустической щелочи и пара (способ Байера), большие материальные потоки, высокий расход топлива (способ спекания) [1].
По схеме последовательного варианта богатый Al2O3 и Na2O красный шлам после безавтоклавного выщелачивания бокситов спекают в смеси с содой и известняком. Обескремненный алюминатный раствор от выщелачивания спека смешивают с разбавленным раствором процесса Байера для совместного разложения.
Рыжую соду от упарки маточного раствора смешивают со шламом перед спеканием. При переработке красного шлама спеканием состав шихты должен быть таким, чтобы получить в спеке алюминат натрия, двухкальциевый силикат и феррит натрия (кальция). Связывание окиси железа только в феррит натрия или в ферриты кальция зависит от содержания Fe2O3 в боксите. В этом процессе окись железа является каустифицирующим реагентом.
Если Fe2O3 в боксите (шламе) много, то часть Fe2O3 связывается в моно или двухкальциевые ферриты, на что дозируют соответствующее количество известняка. В этом заключается принципиальная особенность спекания красных шламов по сравнению со спеканием бокситов [9].
Последовательный вариант пригоден для переработки высококремнистых бокситов и имеет следующие достоинства:
1) потери каустической щелочи возмещаются эквивалентным количеством соды;
2) высокое суммарное извлечение глинозема из сырья;
3) меньший поток шихты на спекание, чем при способе спекания боксита, так как большая часть глинозема из сырья извлекается в ветви Байера.
Вместе с тем этот вариант характеризуется большими капитальными затратами на 1 т глинозема и может применяться только для бокситов с умеренным содержанием Fe2O3, так как высокое содержание окиси железа в красном шламе затрудняет и даже может сделать невозможным спекание шлама изза легкоплавкости такой шихты [1].
3.6.1 Выщелачивание бокситов
Боксит перед выщелачиванием подвергают крупному дроблению на руднике и затем усредняют, среднему и мелкому дроблению и мокрому помолу – на металлургическом заводе. Твердый боксит дробят на заводе в дветри стадии, а рыхлый – в однудве стадии.
Выщелачивание боксита должно осуществляться в условиях максимального извлечения окиси алюминия в раствор при минимальных затратах. На скорость и степень выщелачивания бокситов оказывают влияние следующие основные факторы: температура, концентрация щелочи и каустический модуль оборотного раствора, крупность измельченного боксита, скорость перемешивания пульпы.
Основным фактором, влияющим на этот процесс, является температура. Вскрытие гиббситовых бокситов с приемлемой для практики скоростью осуществляется в настоящее время при 95100о С.
Легковскрываемые гиббситовые бокситы измельчают перед выщелачиванием до крупности менее 0,20,5 мм (иногда до – 1 мм); трудновскрываемые измельчают до зерен менее 0,070,08 мм.
Процесс выщелачивания в зависимости от условий протекает в кинетическом и диффузионных областях [1].
Выщелачивание – это процесс извлечения Al из боксита раствором щелочи с получением алюминатного раствора. Основная реакция выщелачивания получение алюминатного раствора.
Al(OH)3 + NaOH ––– NaAl(OH)4
Основная примесь Fe. Соединение Fe, содержащееся в боксите, не взаимодействует с раствором щелочи и остается в твердом виде. Однако с повышением содержания железа в бокситах увеличивается количество воды, подаваемой на промывку красного шлама, что ведет к дополнительным потерям щелочи.
Соединения Si, содержащиеся в боксите, взаимодействуют с раствором щелочи с образованием силиката натрия.
SiO2 +2NaOH ––– Na2SiO3 + H2O
В результате этой реакции кремний переходит из боксита в раствор загрязняя его. Образующийся силикат натрия взаимодействует с алюминатным раствором с образованием мало растворимого соединения гидроалюмосиликата натрия:
2NaAl(OH)4 +2Na2SiO3 ––– Na2O + Al2O3 +
+ 2SiO2 + 4 NaOH
Эта реакция называется обескремниванием раствора. В результате этой реакции происходит очистка раствора от кремния, но в то же время теряется глинозем и щелочь.
Карбонаты Са и Mg взаимодействуют с раствором щелочи с образованием кальцинированной соды.
СаСО3 +2NaOH ––– Na2CO3 + Ca(OH)2
MgCO3 +2NaOH ––– Mg(OH)2 + Na2CO3
Соединения Ti, содержащиеся в боксите, взаимодействуют с раствором щелочи с образованием метатитаната натрия.
TiO2 + NaOH ––– NaHTiO3
В бокситах содержится незначительное количество ценных металлов – галлия и ванадия. В бокситах галлий содержится в виде одноводного оксида. При взаимодействии с раствором щелочи образуется в растворе галлат натрия.
При разложении алюминатного раствора галлат натрия не разлагается, он накапливается в маточных и оборотных растворах. Эти растворы используются ХМЦ (химикометаллургическим цехом) для получения из них галлия.
GaOOH + NaOH + H2O ––– NaGa(OH)4
При производстве глинозема по способу Байера алюминатнощелочной раствор проходит следующие основные переделы: выщелачивание, разбавление, декомпозицию и выпарку. На каждом переделе у алюминатных растворов изменяется температура, концентрация и иногда каустическое отношение, что существенно влияет на насыщенность их глиноземом и на стойкость. Умелое управление насыщением алюминатных растворов – важнейшее условие успешного ведения процесса производства глинозема [1].
Линия выщелачивания или изменение состава раствора изобразится прямой АВ (см. рис. 3).
Линия разбавления: пульпа после выщелачивания проходит через точки ВД. И она охлаждается до 95о С и разбавляется 1й промывной водой – от промывки красного шлама. Стойкость алюминатного раствора от этого уменьшается, так что возможно выделение из него Al(OH)3 вследствие гидролиза. Линия разбавления является и линией постоянных каустических отношений.
Na2O – Al2O3 – H2O
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.