Методы разложения алюминатных растворов. Декомпозиция алюминатных растворов

Скачать 486.93 Kb. Название Методы разложения алюминатных растворов. Декомпозиция алюминатных растворов Анкор dekompozitsia_SRS.docx Дата 06.05.2017 Размер 486.93 Kb. Формат файла Имя файла dekompozitsia_SRS.docx Тип Документы #8465

План Методы разложения алюминатных растворов. Декомпозиция алюминатных растворов: Химизм процесса; Факторы, влияющие на процесс декомпозиции; Основное оборудование. Карбонизация алюминатных растворов: Химизм процесса; Факторы, влияющие на процесс карбонизации; Способы карбонизации; Основное оборудование. Используемая литература. Используемые термины. Методы разложения алюминатных растворов Разложение алюминатных растворов является одной из наиболее важных операций в производстве глинозема, так как имеет большое влияние на производительность и определяет качество глинозема. Основными методами разложения алюминатных растворов являются: Декомпозиция алюминатных растворов; Карбонизация алюминатных растворов. Различие методов разложения алюминатных растворов заключается в том, что каждый из них предназначен для алюминатных растворов, полученных при переработке бокситов различными способами: Декомпозиция – процесс разложения алюминатного раствора, полученного способом Байера; Карбонизация – процесс разложения алюминатного раствора, полученного способом спекания. Разложение алюминатного раствора методом выкручивания (декомпозиция) Декомпозиция – это процесс разложения, основанный на свойстве “нестойких” (неравновесных) растворов самопроизвольно разлагаться на гидрат алюминия (Al(OH)3), выпадающий в осадок, и щелочной раствор. С целью ускорения процесса создаются определенные дестабилизирующие условия. Неправильно выбранный технологический режим декомпозиции приводит к снижению степени разложения алюминатного раствора, что в свою очередь увеличивает удельный материальный поток на 1т глинозема и снижает эффективность технологического цикла. Химизм процесса: NaAl(OH)4→Al(OH)3 + NaOH. Процесс протекает в две стадии: выделение твердых частиц гидрата алюминия в виде зародышевых центров; кристаллизация или рост зародышевых центров.    На декомпозицию алюминатного раствора влияют следующие факторы: Температурный режим; Концентрация  алюминатного раствора;  Каустический модуль алюминатного раствора; Количество и качество затравки. Факторы, влияющие на процесс  декомпозиции Температурный режим  Температура процесса – это основной фактор управляемости разложения алюминатных растворов. Высокая температура растворов приводит к снижению степени разложения и  укрупнению частиц выпадающего в  осадок гидрата алюминия.     Низкая  температура процесса приводит к  переизмельчению осадка, ухудшению условий сгущения гидратной пульпы и, соответственно, к повышению содержания в гидроксиде алюминия неотмытой щелочи.     Процесс декомпозиции ведут при начальной  температуре 60-75°С и конечной – 48-50°С. Так для получения гидроксида алюминия нормальной крупности процесс охлаждения раствора при декомпозиции ведут постепенно и непрерывно, при этом исключают резкие перепады температур, которые, в случае возникновения, способствуют усилению колебаний дисперсности (поверхность частиц, отнесенная к единице объема). Концентрация  алюминатного раствора  С увеличением концентрации щелочи алюминатный раствор становится более стойким к разложению и выход глинозема снижается. Низкоконцентрированные растворы подвержены более глубокому разложению, но удельный съем глинозема с 1м3 раствора снижается. Концентрация алюминатного раствора должна обеспечивать приемлемую степень разложения (не менее 50%) и высокий удельный съем Al2O3 c 1м3 раствора (20-25 кг/сут). Каустический модуль алюминатного раствора Каустический модуль алюминатного раствора не является величиной постоянной и зависит от примесного состава раствора. Количество и качество затравки Увеличение затравочного отношения, которое рассчитывают как весовое отношение Al2O3 в затравочном гидрате к Al2O3 в исходном растворе, приводит также к увеличению съема глинозема. С увеличением затравочного отношения ускоряется процесс разложения алюминатного раствора, причем прирост скорости разложения при увеличении затравочного отношения >1 снижается. Основным оборудованием в процессе декомпозиции является декомпозер. Устройство и принцип действия декомпозера Для разложения алюминатного раствора используются декомпозеры двух видов: с воздушным перемешиванием и с механическим перемешиванием. Декомпозер представляет собой стальной цилиндрический сосуд большой высоты с коническим, сферическим или плоским днищем. Во внутреннем пространстве декомпозера размещены один или два аэролифта. В аппарате с воздушным перемешиванием – два аэролифта: транспортный и циркуляционный. Рис 147. Декомпозер с воздушным перемешиванием. Он представляет собой стальной бак с коническим дном. Для циркуляции затравки в таком декомпозере служит аэролифт, состоящий из двух труб, вставленных одна в другую. По внутренней трубе в коническую часть декомпозера, где оседающая гидроокись алюминия стекает к вершине конуса, подается сжатый воздух, который, выходя из трубы, образует воздушно-пульповую смесь, которая обладает значительно меньшей плотностью, устремляется в кольцевой зазор аэролифта и, поднимаясь сливается через верхний открытый конец наружной трубы. С помощью транспортного аэролифта осуществляется переток пульпы из одного декомпозера в другой. В непрерывно работающей серии декомпозеров работают 16 - 28 аппаратов. Рис 2. Декомпозер с механическим перемешиванием. В аппарате с механическим перемешиванием – один транспортный аэролифт. Он включает в себя цилиндрический корпус 1 с плоским днищем 2 и крышкой 3, многоярусное перемешивающее устройство, установленное по оси корпуса с приводом, размещенным на крышке, патрубки для подачи суспензии 10 и ее отбора 11, вертикальные перегородки 9, установленные радиально и закрепленные на внутренней поверхности корпуса. Перемешивающее устройство состоит из вертикального вала 4, на котором в несколько ярусов закреплены лопасти 5. Карбонизация алюминатных растворов. Карбонизация - обработка алюминатного раствора газами, содержащими двуокись углерода. При насыщении углекислым газом алюминатного раствора из него, как известно, выпадает Al(OH)3. Причину этого многие видят в усреднении едкой щелочи: 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O. При уменьшении каустического модуля алюминатный раствор становится не стойким и разлагается, как при выкручивании: NaAlO2 + 2H2O  Al(OH)3 + NaOH. Существуют несколько мнений, отражающих суть процесса карбонизации: По Мазелю, в конце карбонизации растворенный алюминат непосредственно взаимодействует с углекислым газом: 2NaAlO2 + CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3 + Na2CO3. По Лилееву, углекислый газ, растворяясь, образует углекислоту, которая действует одновременно на растворенные едкую щелочь и алюминат: 2NaOH + H2CO3 + H2O = Na2CO3 + H2O; 2NaAlO2 + H2CO3 + H2O = 2Al(OH)3 + Na2CO3 + H2O. Реакция сопровождается образованием изотропной гидроокиси алюминия, условно обозначенной через Al(OH)3. Она обычно выделяется при подкислении алюминатного раствора. Изотропная гидроокись, весьма активная в момент выделения, вступает во взаимодействие со свободной едкой щелочью и снова растворяется: Al(OH)3 (изотр) + NaOH + H2O  NaAlO2 + H2O. Поэтому при пропускании СО2 гидроокись сначала не выделяется, а лишь уменьшается концентрация Na2OК и увеличивается концентрация Na2Oу. Это приводит к гидролизу алюмината, в результате которого накапливается алюминиевая кислота: NaAlO2 + H2O  NaOH + НAlO2 + H2O. Затем наступает кристаллизация гидроокиси алюминия: В заводских карбонизаторах каустическое отношение поддерживается обычно на уровне 1,5, но выделение гидроокиси алюминия идет даже при = 1,7. Лишь в конце карбонизации, когда в растворе остается всего 3-4 г/л Al2O3, каустическое отношение быстро убывает до величины, меньшей единицы. Влияние различных факторов на карбонизацию На процесс карбонизации влияют такие факторы, как: Повышение температуры карбонизации способствует росту кристаллов выделяющейся гидроокиси алюминия. При карбонизации отходящие газы насыщаются водяными парами, в результате чего происходит упаривание и охлаждение раствора. Для карбонизации используют топочные газы печей спекания после очистки от пыли в скрубберах и электрофильтрах. Представляет интерес использование для карбонизации газов печей кальцинации, для которых не требуется тщательная очистка от пыли. Перемешивание необходимо для выравнивания концентрации раствора при карбонизации и поддержания частиц гидроокиси во взвешенном состоянии. Способы карбонизации На изменении качества гидрата с глубиной карбонизации основаны разные способы его получения. Полная карбонизация. Она практически не применяется на заводах, т.к. в гидрат переходит почти весь кремнезем, содержавшийся в растворе, а также много щелочи из-за образования алюмокарбоната в конце передела. Неполная карбонизация. По этому способу даже при карбонизации алюминатных растворов, содержащих около 100 г/л Al2O3 и не более 0,2 г/л SiO2, в маточном растворе всегда оставляют около 3 г/л Al2O3. При карбонизации растворов с 200 г/л Al2O3 и больше обычно прекращают дутье при содержании в них >30 г/л Al2O3, что выгоднее, чем более полная карбонизация, т.к. гидрат получается чище. Но при этом с маточником в оборот поступает много Al2O3. Карбонизация с довыкручиванием. Если спек маложелезистый, а часть маточного раствора возвращается на выщелачивание, выгоднее, чтобы с этим раствором поступало возможно больше каустической щелочи, для чего пульпу после частичной карбонизации довыкручивают. Очищенный от SiO2 алюминатный раствор делят на две части: одну карбонизированную и маточный раствор возвращают на спекание, а вторую - карбонизируют с довыкручиванием, т.е. прекращают подачу газа, когда в растворе еще много Al2O3, и пульпу несколько часов. Карбонизация при таком способе заметно меньше, чем при обычной карбонизации без выкручивания, т.к. в противном случае концентрация каустической щелочи в растворе оказалась бы недостаточной. Карбонизация до «молока». Иногда карбонизацию прекращают сразу же после помутнения раствора, а затем его выкручивают несколько часов, чтобы получить маточный раствор с большим содержанием каустической щелочи. Разложение при этом способе достигает до 70%, а полученная гидроокись алюминия однородна, крупнозерниста и содержит немного кремнезема. Карбонизацией до «молока» можно получать высококачественный гидрат даже из недостаточно обескремненных растворов. Дробная карбонизация. Карбонизацию пульпы останавливают, раствор выкручивают несколько часов, отделяют выпавший гидрат, затем снова пропускают дутье и т.д. Основным оборудованием, используемым в процессе карбонизации, является карбонизатор. Устройство и принцип действия карбонизатора Карбонизатор состоит из корпуса 1, на крышке 2 которого установлен привод 3, соединенный с помощью муфты с валом 4. На валу 4 установлены ярусные элементы перемешивающего устройства 5. В верхней части карбонизатора на корпусе 1 с помощью кронштейнов 6 закреплены газораспределители 7 с перфорированными деками 8. Газораспределители 7 соединены с патрубками 9 для подвода реагентного газа. Над перфорированными деками 8 на валу 4 установлен газодиспергатор лопастного типа. Каждая лопасть газодиспергирующего устройства состоит из двух жестко закрепленных между собой частей, одна из которых (концевая) 10 расположена непосредственно над перфорированными деками 8, а другая 11 - между валом 4 и газораспределителями 7. Карбонизатор имеет также патрубки для подвода и отвода жидкости 12, 13, отвода газа 14 и люк 15 для чистки и осмотра аппарата. Карбонизатор работает следующим образом. Раствор, поступающий из отделения выщелачивания и имеющий температуру 73—75°С, заливается в аппарат через патрубок 12 и одновременно включается привод 3 перемешивающего устройства. После заполнения аппарата выше уровня газодиспергирующего устройства открывается подача газа, продолжительность подачи которого зависит от содержания в нем СО2, который через патрубки 9 поступает в газораспределители 7, под перфорированные деки 8. Струи газа, выходящие из отверстий дек 8, дробятся на мелкие пузыри турбулизованным потоком жидкости, который создается концевой частью лопасти 10 газодиспергирующего устройства, и частично отбрасываются к стенке корпуса 1 карбонизатора. Таким образом, в этой зоне создается газожидкостная смесь, насыщенная мелкими пузырьками, с большой удельной реакционной поверхностью, способствующей разложению алюминатного раствора с выделением твердых частиц (суспензии) гидроксида алюминия, являющегося целевым продуктом. Газ пропускают до тех пор, пока содержание Na2ОK в растворе не достигнет 1,5 - 2 г/л,что соответствует разложению раствора примерно на 97% или остаточному содержанию в нем 2—3 г/лА12О3. Карбонизацию до полного выделения А12О3 не ведут во избежание получения фракций гидроокиси с повышенным содержанием SiО2. Циркуляция этой трехфазной среды (жидкость-газ-твердое) усиливается внутренними частями 11 лопастей газодиспергирующего устройства. Угол наклона (5-450) последних к горизонтальной плоскости обеспечивает увеличение скорости нисходящего потока вблизи вала 4 и заданную интенсивность циркуляции. Концевые части 10 лопастей газодиспергатора, выполненные с отрицательным углом атаки, при прохождении над деками 8 газораспределителей за счет взаимодействия с пузырями газа, вырывающимися из отверстий дек 8 и всплывающими под действием выталкивающей силы, придают дополнительный вращающий момент валу 4 (помимо сообщаемого приводом 3). Полученная суспензия гидроксида алюминия по мере осаждения к днищу аппарата перемешивается с гидратом (для укрупнения его кристаллов) нижними ярусами 5 перемешивающего устройства и отводится из карбонизатора на дальнейшую переработку через патрубок 13. Отработанные газы через выхлопную трубу (патрубок) 14 сбрасываются в атмосферу.   Контрольные вопросы: Декомпозиция – это? Сколько существует способов карбонизации? Назовите их. Какие факторы влияют на процесс декомпозиции? Какие факторы влияют на процесс карбонизации? Используемая литература Ибрагимов А.Т., Будон С.В. «Развитие технологии производства глинозема из бокситов Казахстана» 2010г. – 304стр. http://www.findpatent.ru/patent/235/2355637.html http://etojob.ru/post_1288358301.html http://etojob.ru/post_1288274657.html http://www.ngpedia.ru/id661795p1.html Используемые термины Каустический модуль алюминатного раствора - отношение молярного содержания Na2OК к молярному содержанию Al2O3. При разбавлении водой или упаривании значение не изменяется. Na2OК – каустическая щелочь. Na2OУ – усредненная щелочь. Аэролифт – воздушный подъемник.