СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБОКИМ ОБЕСКРЕМНИВАНИЕМ АЛЮМИНАТНОГО РАСТВОРА Российский патент 1996 года по МПК C01F7/46 

Предлагаемое изобретение относится к производству глинозема из щелочных алюмосиликатов, например нефелина, сиенита, и может быть использовано для управления процессом глубокого обескремнивания алюминатного раствора.

Известен способ обескремнивания (см. А.И. Лайнер "Производство глинозема", М. Металлургия, 1978 г. с. 191), в котором алюминатный раствор после автоклавного обескремнивания смешивают с известковым молоком, получаемым при гашении обожженной извести водой. Алюминатный раствор при этом обескремнивают до содержания в нем двуокиси кремния 0,04 0,05 г/л, что недостаточно для получения глинозема высокого качества.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является принятый за прототип способ (пат. США 4455284) обескремнивания алюминатного раствора обработкой твердым раствором, содержащим соединения гидроалюмината кальция, отличающийся тем, что используют твердый раствор ангидридов в четырехкальциевом гидроалюминате 4CaO • Al₂O₃ (0,1 0,6) • CO₂nH₂O. Суспензию, содержащую четырехкальциевый гидроалюминат, получают смешением в заданном соотношении известкового молока и глубокообескремненного алюминатного раствора. При этом алюминатный раствор, содержащий карбонатную щелочь, соединяясь с активной окисью кальция, образует карбоалюминатную суспензию, содержащую четырехкальциевый гидроалюминат. Недостатком способа является то, что алюминатный раствор содержит 10 12 г/л карбонатной щелочи, что недостаточно для превращения всей активной окиси кальция, содержащейся в известковом молоке, в карбоалюминатную суспензию. Кроме того, в процессе смешения часть карбонатной щелочи каустифицируется, что еще больше снижает содержание карбоалюминатов в суспензии. В итоге образуется слабонасыщенный четырехкальциевый гидроалюминат со сравнительно слабой поглощающей способностью по отношению к двуокиси кремния. К недостаткам обоих способов следует отнести невысокую точность поддержания кремниевого модуля, что связано с наличием нескомпенсированных возмущающих воздействий вариаций химсоставов известкового молока и обескремниваемого алюминатного раствора.

Техническим эффектом настоящего изобретения является увеличение точности поддержания кремниевого модуля обескремненного алюминатного раствора и снижение удельного расхода известкового молока за счет увеличения его поглощающей способности.

Технический эффект достигается тем, что в способе управления глубоким обескремниванием алюминатного раствора, включающем обработку известкового молока алюминатным раствором в заданном соотношении, определяемым установленным отношением оксида кальция к оксиду алюминия в получаемой обескремнивающей пульпе, смешение последней с обескремниваемым алюминатным раствором с получением обескремненного алюминатного раствора, отличающийся тем, что перед обработкой известковое молоко и алюминатный раствор охлаждают до одной и той же установленной температуры, в известковом молоке измеряют содержание диоксида кремния и активного оксида кальция, алюминатный раствор берут с содержанием диоксида кремния не более 0,1 г/л, измеряют содержание диоксида кремния в обескремниваемом алюминатном растворе и в зависимости от заданного значения кремниевого модуля обескремниевого алюминатного раствора, измеренного значения содержания диоксида кремния в обескремниваемом алюминатном растворе и содержания активного оксида кальция и диоксида кремния в известковом молоке устанавливают расход известкового молока, а смешивание обескремнивающей пульпы с обескремниваемым алюминатным раствором ведут в турбулентном потоке. После обработки известкового молока алюминатным раствором в полученную пульпу дозируют содосодержащий раствор из расчета поддержания установленного соотношения между содержанием карбонатной щелочи и оксида алюминия в пульпе.

Таким образом, дозировки компонентов производят на основе измерений химического состава известкового молока, обескремненного и необескремненного алюминатного растворов. Повышение эффективности обескремнивания и связанное с этим уменьшение расхода известкового молока достигается за счет использования для обескремнивания охлажденных до заданной температуры компонентов, а также за счет добавки содосодержащего раствора.

Сущность изобретения заключается в том, что смешивают предварительно охлажденные до заданной (45 65^oC) температуры известковое молоко и обескремненный алюминатный раствор в заданном соотношении, так, чтобы между содержаниями активной окиси кальция и оксида алюминия в готовой смеси сохранялась заданная пропорция, при сохранении которой получают сильнонасыщенный гидроалюмокарбонат кальция состава 4CaO • Al₂O₃(0,4 0,7)CO₂(10 15)H₂O. Массовое соотношение активной окиси кальция к оксиду алюминия рекомендуется брать в пределах 1,5 2,5. Для обеспечения указанного соотношения измеряют содержание оксида алюминия в обескремненном алюминатном растворе и активной окиси кальция в известковом молоке и находят объемный коэффициент соотношения расходов известкового молока и обескремненного алюминатного раствора. Полученную смесь смешивают в турбулентном потоке с обескремниваемым алюминатным раствором. Степень поглощения двуокиси кремния из алюминатного раствора зависит от отношения массы активной окиси кальция к массе двуокиси кремния в смеси. Для расчета соотношения расходов известкового молока и обескремниваемого алюминатного раствора измеряют содержание двуокиси кремния в известковом молоке и обескремниваемом алюминатном растворе, а также содержание оксида алюминия в обескремненном алюминатном растворе, и по математической модели при заданном кремневом модуле обескремненного алюминатного раствора находят объемное соотношение расходов обескремниваемого алюминатного раствора и известкового молока. Из уравнения материального баланса при известных содержаниях карбонатной щелочи в содосодержащем растворе и обескремненном алюминатном растворе находят объемное соотношение расходов содосодержащего раствора и обескремненного алюминатного раствора, направляемого на смешение с известковым молоком, при котором массовое соотношение содержащий карбонатной щелочи и оксида алюминия лежит в пределах 0,25 0,65. В результате получают глубоконасыщенный четырехкальциевый гидроалюминат состава: 4CaO • Al₂O₃(0,8 1,1)CO₂(10 15)H₂О, применение которого для обескремнивания позволит поглощать до 97 98% исходной двуокиси кремния в алюминатном растворе.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ. Устройство содержит вакуум-холодильники 1 и 2, смеситель 3 с тремя входами, турболизатор 4 с двумя входами, реактор 5, автоматические пробоотборники 6 8 линиями прободоставки пневмопочтой, измеритель 9 с тремя выходами рентгенофлуоресцентного типа, автоматические пробоотборники 10 и 11 с линиями прободоставки и измерителем 12 типа БАТ, расходомеры 13 15 камерного типа, регуляторы 17, 19 и 21 типа РС12 с регулирующими органами 18, 20 и 22 типа МЭКО, арифметический блок 23 с тремя входами, арифметический блок 25 с шестью входами и арифметический блок 27 с тремя входами, реализованные с помощью контроллеров типа Ломиконт со стандартным набором драйверов и УСО задатчики 24, 26 и 28 типа ЗУ-05, трубопроводы 29 31 подвода необескремненного алюминатного раствора, известкового молока и содосодержащего раствора соответственно, трубопровод 32 отвода обескремненного алюминатного раствора. Трубопровод 30 через холодильник 1, исполнительный механизм 20 и расходомер 13 соединен с входом 33 смесителя 3, выход которого 34 соединен с входом 35 турболизатора 4. Выход 36 последнего соединен со входом 37 реактора 5, выход 38 которого соединен с трубопроводом 32 отвода алюминатного раствора. Выход 38 реактора 5 через холодильник 2, исполнительный механизм 22 и расходомер 15 соединен с входом 39 смесителя 3. Трубопровод 31 через исполнительный механизм 18 и расходомер 14 соединен с входом 40 смесителя 3. Трубопровод 29 через расходомер 16 соединен с входом 41 в турболизатора 4. Пробоотборники 6, 7 и 8 соединены с входом 42 измерителя 9, выход 43 которого соединен с входом 44 арифметического блока 23, выход 45 последнего соединен с входом 46 регулятора 21, выход 47 которого соединен с входом 48 исполнительного механизма 22. Выход 49 измерителя 9 соединен с входом 50 арифметического блока 25, выход 51 которого соединен с входом 52 регулятора 19. Выход 53 регулятора 19 соединен с входом 54 исполнительного механизма 20. Выход 55 измерителя 9 соединен со входом 56 арифметического блока 27, выход 57 которого соединен с входом 58 регулятора 17. Выход 59 последнего соединен с входом 60 исполнительного механизма 18. Задатчик 24 соединен с входом 61 блока 23. Выход 62 расходомера 13 соединен с входом 63 регулятора 19, входом 64 блока 23 и входом 64' блока 25. Пробоотборники 10 и 11 соединены с входом 65 измерителя 12, выход 66 которого соединен с входом 67 блока 27. Задатчик 28 соединен с входом 68 блока 27. Выход 69 расходомера 15 соединен с входом 70' регулятора 21 и входом 70 блока 27 и входом 70'' блока 25. Задатчик 26 соединен с входом 71 блока 25. Выход 72 расходомера 16 соединен с входом 73 блока 25. Выход 74 расходомера 14 соединен с 75 входом регулятора 17 и с входом 75' блока 25.

Устройство работает следующим образом. Известковое молоко из трубопровода 30 подают в холодильник 1, в котором его охлаждают до установленной (45 - 65^oC) температуры и через исполнительный механизм 20 и расходомер 13 через вход 33 подают в смеситель 3. Содовый раствор из трубопровода 31 через исполнительный механизм 18 и расходомер 14 подают на 40 вход смесителя 3. Обескремненный алюминатный раствор, получаемый с выхода 38 реактора 5, охлаждают в холодильнике 2 до температуры охлажденного известкового молока и через исполнительный механизм 22 и расходомер 15 подают на 39 вход смесителя 3. Полученную смесь с 34 выхода смесителя 3 подают на 35 вход в турболизатора 4, в качестве которого может быть использована быстроходная мешалка или насос. Необескремненный алюминатный раствор из трубопровода 29 через расходомер 16 подают на 41 вход в турболизатора 4. В турболизаторе производят интенсивное перемешивание компонентов и полученную смесь с выхода 36 турболизатора подают на 37 вход реактора 5, в котором производят обескремниванием алюминатного раствора. Обескремненный алюминатный раствор, получаемый с выхода 38 реактора отводят по трубопроводу 32. Пробоотборником 6 отбирают пробу необескремненного алюминатного раствора из трубопровода 29 и в измерителе 9 находят содержание С1 двуокиси кремния в пробе. Пробоотборником 7 отбирают пробу известкового молока после холодильника 1 и измерителем 9 определяют содержание в пробе активной окиси кальция С2 и двуокиси кремния С3. Пробоотборником 8 отбирают пробу обескремненного алюминатного раствора из трубопровода 32 и измерителем 9 находят содержание в пробе С4 оксида алюминия.

Пробоотборником 10 из трубопровода 31 отбирают пробу содосодержащего раствора и измерителем 12 находят содержание в нем карбонатной щелочи С5. Пробоотборником 11 отбирают пробу обескремненного алюминатного раствора из трубопровода 32 и измерителем 12 находят содержание С6 в нем карбонатной щелочи. На вход 41 арифметического блока 23 с выхода 43 измерителя 9 подают результаты анализа С2 и С4. Задатчиком 24 на выходе 61 блока 23 подают установленное значение массового соотношения К1 активной окиси кальция и оксида алюминия (1,5 2,5). В блоке 23 находят заданное значение расхода обескремненного алюминатного раствора Qxao

Qxao= Q_м•C2/(K1•C4), (1)
где Q_м расход известкового молока, получаемый на вход 64 с выхода 62 расходомера 13.

С выхода 45 блока 23 заданное значение расхода Qxao

подают на вход 45 регулятора 21. Измерительное значение Q_ao расхода обескремненного алюминатного раствора с выхода 69 расходомера 15 подают на 70' вход регулятора 21, в котором вырабатывают управляющее воздействие UI
U1 = A2(Qxao-Q_ao)+A2(Qxao-Q_ao), (2)
где A1 и A2 коэффициенты, определяемые при настройке по минимуму квадратичного критерия.

Управление изменяется до тех пор, пока исполнительный механизм 22 не изменит расход алюминатного раствора так, что Q_ao= Qxao.C

. С выхода 49 измерителя 9 на 50 вход блока 25 подают значения С1, С2, С3 и С4. В блоке 25 находят исходное содержание двуокиси кремния в смеси, поступающей в реактор.

S_н=(Q_м•C3+Q_a•C1)/(Q_a + Q_ao+Q_м+Q_ср) (3)
где Q_м получают от расходомера 13 на входе 64',
Q_a получают от расходомера 16 на входе 73,
Q_ao получают от расходомера 15 на входе 70'',
Q_ср получают от расходомера 14 на входе 75'.

Затем получают заданное значение степени поглощения двуокиси кремния ОС3=1-С4/(MZS_н) (4), где М получают от задатчика 26 на входе 71.

Заданное значение расхода известкового молока находят по формуле:
Qxao

= C1•Q_а(OC3-B_o)/(B_o•C3+B1•C2-OC3•C4), (5)
где B_o и B1 коэффициенты, определяемые опытным путем. Рекомендуемые значeния: B_o 0,2 0,5 и B₁ 0,01 0,04.

С выхода 51 блока 25 Qxм

подают на вход 52 регулятора 19, который вырабатывает управляющее воздействие U2:

где А3 и А4 коэффициенты, определяемые при настройке по минимуму квадратичного критерия.

Управление изменяется до тех пор, пока исполнительный механизм 20 не изменит расход известкового молока так, что Q_м=Qxм

,. C выхода 66 измерителя 12 на вход 67 блока 27 подают С5 и С6, а с выхода 55 измерителя 9 на вход 56 блока 27 подают С4. На вход 70 подают расход алюминатного раствора Q_ao. Заданное значение расхода содосодержащего раствора определяют по формуле
Qxcp= (K2•C4-C6)Q_ao/C5, (7)
где К2 получают от задатчика 28 на входе 68. К2 выбирают в пределах 0,2
0,65 при настройке.

Заданное значение расхода Qxср

подают с выхода 57 блока 27 на выход 58 регулятора 17, в котором вырабатывают управляющее воздействие U3:

где А5 и А6 коэффициенты, определяемые при настройке по минимуму квадратичного критерия.

Управляющее воздействие изменяется до тех пор, пока исполнительный механизм 18 не изменит расход содосодержащего раствора, так чтобы Q_cp= Qxcp

..

Способ реализуют при: C1 0,1 0,5 г/л, С2 150 250 г/л, С3 0,5 - 3,0 г/л, С4 60 110 г/л, C5 2 50 г/л, MZ 1200 8000, Q_м 3 - 50 м³/ч, Q_a 50 1000 м³ч, Q_ao 50 100 м³/ч, Q_ср 1 10 м³/ч, А1 А3 А5 0,5 1,15, А2 А4 А6 0,1 1,0.

Использование: в производстве глинозема для управления процессом глубокого обескремнивания. Сущность изобретения заключается в том, что охлажденные до заданных температур известковое молоко и обескремненный алюминатный раствор смешивают в заданном соотношении, определяемом содержаниями активной окиси кальция в известковом молоке и оксида алюминия в алюминатном растворе, и полученную суспензию смешивают с обескремниваемым алюминатным раствором в заданном соотношении в турбулентном потоке. Заданное соотношение зависит от измеренного содержания двуокиси кремния и активной окиси кальция в известковом молоке и от содержания двуокиси кремния в обескремниваемом алюминатном растворе. В суспензию дополнительно дозируют содосодержащий раствор так, чтобы между содержаниями оксида алюминия в суспензии и карбонатной щелочи в содосодержащем растворе поддерживалось заданное соотношение. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ управления глубоким обескремниванием алюминатного раствора, включающий обработку известкового молока алюминатным раствором в заданном соотношении, определяемым установленным отношением оксида кальция к оксиду алюминия в получаемой обескремнивающей пульпе, смешение последней с обескремниваемым алюминатным раствором с получением обескремненного алюминатного раствора, отличающийся тем, что перед обработкой известковое молоко и алюминатный раствор охлаждают до одной и той же установленной температуры, в известковом молоке измеряют содержания диоксида кремния и активного оксида кальция, алюминатный раствор берут с содержанием диоксида кремния не более 0,1 г/л, измеряют содержание диоксида кремния в обескремниваемом алюминатном растворе и в зависимости от заданного значения кремниевого модуля обескремненного алюминатного раствора, измеренного значения содержания диоксида кремния в обескремниваемом алюминатном растворе и содержания активного оксида кальция и диоксида кремния в известковом молоке устанавливают расход известкового молока, а смешивание обескремнивающей пульпы с обескремниваемым алюминатным раствором ведут в турбулентном потоке. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после обработки известкового молока алюминатным раствором в полученную пульпу дозируют содосодержащий раствор из расчета поддержания установленного соотношения между содержанием карбонатной щелочи и оксида алюминия в пульпе.