Производство криолита (стр. 5 из 7)
Варка и кристаллизация криолита
Синтез и кристаллизация криолита проходят в четырёх реакторах смешения, соединённых последовательно в каскад.
В первый реактор каскада 1 (1) из бака-сборника насосом подают очищенную фтороводородную кислоту, сюда же по кольцевой линии из репульпатора подают суспензию А1 (ОН) 3. В процессе работы произведена замена баков-сборников на сгустители с мешалкой из-за: сложности удаления Nа2SiF6 из бака с плоским дном; сложности в его дальнейшем использовании.
Полученный в первом реакторе раствор гексафторалюминиевой кислоты самотёком через переточный желоб поступает во второй реактор 1 (2). Сюда же из сборника 2 подают раствор Nа2СО3. Нейтрализацию во втором реакторе ведут до остаточной кислотности 10-15г/л. В третьем реакторе каскада 1 (3) происходит массовая кристаллизация криолита. Контроль процесса ведут также по остаточной кислотности. Время пребывания в данном реакторе определяется скоростью снятия пересыщения по Nа3А1F6, которая обуславливает размер кристаллизующегося криолита. Суспензия криолита из третьего реактора самотёком поступает в четвёртый реактор 1 (4), являющийся буферной ёмкостью и предназначенный для дополнительного выделения криолита из раствора за счет пересыщения, возникающего вследствие естественного охлаждения реакционной массы, а также дальнейшего формирования кристаллического продукта. Далее пульпа криолита с Ж: Т=4 самотёком поступает в сгуститель 4 (1).
Отстаивание суспензии криолита
Отстаивание суспензии криолита производится в каскаде сгустителей. При этом в первом сгустителе каскада 4 (1) основная масса криолита в виде сгущённой пульпы с Ж: Т=2 выводится в бак-сборник 5 (1), оттуда центробежным насосом подаётся на фильтрацию в барабанные вакуум-фильтры 6 (1), 6 (2). Жидкая часть суспензии криолита самотёком через верхний жёлоб поступает на дополнительное осветление в последовательно соединённые сгустители 4 (2), 4 (3). Сгущённая часть собирается в сборниках и с помощью центробежного насоса подаётся на приготовление содового раствора, а осветлённый маточный раствор из сгустителя 4 (3) самотёком по коллектору поступает на станцию нейтрализации. В настоящее время в работе задействован один сгуститель для осаждения криолита. С маточным раствором криолита выводится основное количество примесей кремния, поступивших в технологический процесс с сырьём.
Фильтрование криолита
Сгущённую пульпу криолита фильтруют на барабанных вакуум-фильтрах 6 (1) и 6 (2), используя в качестве фильтрующего материала ткань "Бельтинг". Образовавшийся на фильтровальном полотне слой пасты криолита при вращении барабана срезается ножом, подаётся по течке 7 шнеком 8 и затем сушильную печь 9. Влажность пасты криолита, снимаемого с фильтра, должна быть не более 28% мас. Полученный при фильтрации маточный раствор криолита, проходя через вакуум-ресивер 11, ловушку 12, отделяется от газа и накапливается в сборнике 13, откуда с помощью центробежного насоса подаётся либо сразу на содоприготовление, либо в сгуститель 4 (4). Здесь происходит оседание мелких частиц криолита, прошедших через поры фильтра. Пары и газы из ресивера и ловушки отсасываются с помощью вакуум-насоса 19 и выбрасываются в атмосферу после очистки в брызгоуловителе. Уловленный маточный раствор подаётся в сгуститель 4 (4).
Сушка криолита
Пасту криолита сушат в барабанных сушильных печах непрерывного действия. Паста с помощью загрузочного шнека 8 непрерывно поступает в сушильный барабан 9, в котором за счёт утла наклона 2° и вращения барабана перемещается к его разгрузочному концу. Горячие дымовые газы, образующиеся в топочной камере печи при сжигании природного газа, движутся навстречу пасте. Температура дымовых газов на входе в сушильную печь должна быть 500±10°С, а на выходе из печи в пределах 250-290°С.
Высушенный криолит с разгрузочного конца печи поступает в камерные пневмонасосы с полной аэрацией камеры 10, с помощью которых транспортируется в силос готовой продукции.
Очистка отходящих газов
С дымовыми газами, выходящими из сушильного барабана, увлекается криолит в виде пыли. Для уменьшения потерь продукта, а также с целью охраны окружающей среды, газы подвергаются двухстадийной очистке.
В системе очистки отходящих газов предусмотрено двухступенчатое улавливание пыли криолита: сухое пылеулавливание последовательно в батарее циклонов 14 и электрофильтре 16, затем доулавливание пыли в аппаратах мокрого типа - в пенных абсорберах 20 и 23. Уловленная в циклонах и электрофильтре пыль криолита из накопительного бункера каждого аппарата транспортируется камерными пневматическими насосами 15, 18 в силос готовой продукции. Дымовые газы, проходящие через пенный аппарат 20, орошаются оборотной водой из сборника 24, в который она поступает из пенного аппарата 23. После абсорбера 20 дымовые газы направляются в пенный двухполочный аппарат 23, орошаемый осветленным раствором из сгустителя 25. Отработанная абсорбционная жидкость из сборника 21 направляется в сгуститель 25 и проходит отстаивание последовательно в сгустителях 25 и 4 (4). Осветленная часть из сгустителей сбрасывается по коллектору на станцию нейтрализации, а сгущенная часть из обоих сгустителей через сборник сгущенной пульпы направляется на приготовление содового раствора. Очищенные газы после пенного аппарата выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу, высота которой 80 метров и диаметр 2,7 метра. Аспирационные выбросы, образующиеся при вытяжной вентиляции баковой аппаратуры, очищают от паров НFсодовым раствором в пенных аппаратах санитарной газоочистки. Концентрация содового раствора 30-45 г/л. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу через трубу высотой 40 метров.
Упаковка и транспортирование криолита
При отгрузке продукции насыпью заполнение цистерн и хопперов криолитом производится через их верхние люки с помощью гибкого загрузочного шланга.
Криолит упаковывают в большие бумажные мешки с помощью упаковочной машины. Транспортирование производят в соответствии с ГОСТ 10561-80.
2.3.4 Характеристика используемых реакторов
Основными аппаратами для получения криолита являются: реактор варки, барабанный вакуум-фильтр и сушильная печь. Барабанная сушильная печь
Реакционный объем барабанных вращающихся печей представляет собой горизонтальный и слабонаклоненный (до 7°) цилиндр, внутри которого перемещается обрабатываемый материал.
В промышленности используют барабанные вращающиеся печи как с внутренним, так и с наружным обогревом. Последний вид печей применяют в производствах плавиковой кислоты, минеральных пигментов и кальцинированной соды.
Барабанные вращающиеся печи применяют для осуществления следующих процессов:
окисления;
кальцинации;
восстановления;
обесфторивания;
прокалки и разложения.
Широкая область использования барабанных печей объясняется следующими их достоинствами:
надежность в работе;
возможность использования любого вида топлива;
возможность обработки веществ любого гранулометрического состава - от пылевидных до кусковых;
возможность обработки расплавов и смесей твердых веществ с расплавами при параллельном токе и противотоке материала и греющих газов.
Из перечисленных видов печей для сушки криолита при непрерывной технологии наиболее целесообразно использовать барабанные вращающиеся печи.
Барабанные вращающиеся печи обладают рядом достоинств:
простота конструкции и легкость в эксплуатации;
легкость полной автоматизации и механизации;
высокая производительность.
Исходя из анализа различных печей для сушки криолита была выбрана противоточная барабанная вращающаяся печь длиной 50 метров и внешним диаметром 3,2 метра, производительность, которой составляет 10 т/ч по готовому продукту (рис.4). Печь выполнена из стали СтЗ и футерована: "горячий" конец (30 м) - кирпич малокремнистый; "холодный" конец (20 м) - угольно-графитовые блоки.
1 - камера загрузки; 2 - футеровка печи; 3 - корпус барабана; 4 - зубчатый венец; 5 - привод основной и вспомогательный; 6 - головка загрузочная; 7 - топка; 8 - станция опорная; 9 - станция опорно-упорная.
Именно такие печи позволят вести процесс с необходимой производительностью и при этом не возникают трудности в поддержании стабильного технологического режима.
Реакторы варки криолита
Реактор варки криолита, наряду с сушильной печью, является важнейшим аппаратом в производстве криолита кислотным способом. Реакторы смешения бывают периодического и непрерывного действия в зависимости от того, для какой цели они предназначаются.
1. Периодически действующие реакторы и мешалки. Аппараты этого типа - сосуды с примерно равной высотой и диаметром, снабженные мешалками. Их наполняют смесью исходных продуктов требуемого состава и при перемешивании ведут реакцию до достижения заданной степени превращения. После окончания операции реактор освобождают и начинают новый рабочий цикл. Такой реактор используют при получении криолита из маточных растворов фторидов алюминия и натрия в периодическом режиме. Так как основное производство криолита организованно в непрерывном режиме, то применяют реактор с мешалкой непрерывного действия.
2. Непрерывно действующие реакторы с мешалками. Непрерывно действующие реакторы с мешалками, в отличие от периодически действующих аппаратов, характеризуются непрерывностью подачи взаимодействующих компонентов, которые находятся в реакторе время, необходимое для достижения данной степени превращения. Смесь продуктов реакции также непрерывно выводится из аппарата. Реакторы могут быть сконструированы как один аппарат или как система (каскад) из нескольких последовательно соединенных аппаратов. Они выгодны с точки зрения уменьшения накладных расходов, сокращения потерь времени и получения однородной продукции. Основным конструктивным элементом такого реактора являются механические перемешивающие устройства, которые состоят из трех основных частей: мешалки, являющейся рабочим элементом устройства; вертикального, горизонтального или наклонного вала, на котором закреплена мешалка, и привода, с помощью которого вал приводится в движение за счет механической энергии.