СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТА Российский патент 1997 года по МПК C01F7/06 

Изобретение относится к области производства глинозема, конкретно к выщелачиванию боксита в автоклавах.

Известен способ получения глинозема из боксита [1] заключающийся в том, что выщелачивание боксита производится при высокой температуре 320-340^oC и отвечающму ей давлению 120-150 атм в трубчатом автоклаве.

Недостатками этого способа являются: высокое давление в установке 120-150 атм, требующей насосов с высоким расходом электроэнергии и сложного оборудования, повышение интенсивности зарастания после нагрева выше 170^oC до 320-340^oC в 4-5 раз по сравнению с использованием автоклавов, за счет сокращения емкости снятия пересыщения по накипеобразующим примесям в трубе по сравнению с автоклавом в сотни раз.

Наиболее близким к предлагаемому является способ переработки боксита в автоклавах [2] включающий приготовление пульпы из боксита и оборотного раствора, нагрев пульпы сепараторным паром до температуры 80-100^oC, выдержку пульпы при температуре 80-100^oC под атмосферным давлением для обескремнивания пульпы, нагрев пульпы в греющих автоклавах, выщелачивание растворами в реакционных автоклавах, охлаждение пульпы в сепараторах с получением выщелоченной пульпы, сепараторного пара и конденсата.

Недостатками этого способа являются:
отрицательное влияние концентрации щелочи в исходном растворе, выбранная оптимальной для выщелачивания боксита в зависимости от минералогического состава боксита без учета влияния этой концентрации на процесс обескремнивания. Если для интенсификации процесса выщелачивания боксита необходимо повышение концентрации щелочи, то для процесса обескремнивания раствора наоборот требуется ее снижение;
интенсивное зарастание поверхности нагрева первого реакционного автоклава и зарастание последующих автоклавов;
необходимость значительных капитальных затрат на установку большого числа ступеней испарения и нагрева при наиболее высоких температурах выщелачивания 240-245^oC;
невозможность поднять температуру выщелачивания выше 245^oC без увеличения давления в автоклавах.

Цель изобретения интенсификация процессов обескремнивания и выщелачивания, требующих разных концентраций щелочи, и снижение энергетических, капитальных и трудозатрат по чистке оборудования.

Цель достигается тем, что в способе переработки боксита, включающем приготовление пульпы из боксита и оборотного раствора, нагрев пульпы сепараторным паром до температуры 80-100^oC, выдержку пульпы при температуре 80-100^oC под атмосферным давлением для обескремнивания пульпы, нагрев пульпы в греющих автоклавах, выщелачивание раствором в реакционных автоклавах, охлаждение пульпы в сепараторах с получением выщелоченной пульпы, сепараторного пара и конденсата, выщелачивание в реакционных автоклавах ведут в режиме управления до повышения концентрации раствора по Na₂O_k на 10-30 г/л с получением вторичного пара, а для обескремнивания пульпу подвергают выдержке с концентрацией на 10-30 г/л по Na₂O_k ниже концентрации раствора выщелачивания, при этом перед нагревом пульпы в греющих автоклавах ее нагревают в аппаратах сепараторным паром до температуры 140-175^oC. В греющих автоклавах, кроме последнего, нагрев ведут вторичным паром от реакционных автоклавов до температуры 180-230^oC через поверхность нагрева, а в последнем греющем автоклаве нагрев ведут вторичным паром контактным способом до температуры 220-265^oC.

Таким образом, разрешается противоречие между двумя важными процессами в одной автоклавной установке для обескремнивания раствора необходимость снижения концентрации щелочи, а для выщелачивания повышение концентрации щелочи.

Такое ведение процесса обеспечивает наибольшее обескремнивание раствора в производстве глинозема и наименьшее зарастание поверхностей нагрева на стадиях нагрева и упарки пульпы.

Нагрев пульпы в первом реакционном автоклаве (II) контактным способом до температуры кипения обеспечивает наибольшую температуры выщелачивания по сравнению с прототипом, за счет исключения снижения температуры в реакционных автоклавах.

Снижение зарастания поверхности нагрева достигается за счет интенсификации процесса перехода растворенных накипеобразующих примесей в твердую фазу за счет достижения максимально возможной температуры в первом реакционном автоклаве (II) (в прототипе в последнем) и разбавлении раствора конденсируемым паром; процесса упарки пульпы в последующих автоклавах и повышение концентрации щелочи при выщелачивании (в прототипе концентрации в процессе выщелачивания снижаются).

В процессе выщелачивания во всех реакционных автоклавах обеспечивается одинаковая максимальная температура (главный фактор выщелачивания) с более интенсивным перемешиванием пульпы за счет кипения.

Возможность упарки и повышения концентрации раствора в реакционных автоклавах позволяет осуществить нагрев пульпы вторичным паром.

Указанные пределы нагрева температур, а также снижения и повышения концентраций, зависит от минералогического состава боксита и аппаратурного оформления установок.

На чертеже представлена схема автоклавной установки для способа выщелачивания боксита.

Установка состоит из контактного подогревателя 1, емкостей для обескремнивания 2, выпарного аппарата 3, насоса 4, теплообменника 5, 6, греющего автоклава 7, обогреваемых сепараторным паром, греющего автоклава 8, обогреваемого вторичным паром, контактного подогревателя 9, греющего автоклава 10, реакционных автоклавов 11, снабженных кипятильниками 12, сепараторов 13, 14 с паропроводом 15 и регулятором 16, теплообменников 17 и регулятора 18.

По этому способу через контактный подогреватель 1 в емкость обескремнивания 2 подают пульпу боксита с концентрацией щелочи ниже, чем в сфере выщелачивания на 10-30 г/л Na₂O_k, где она нагревается до 80-100^oC.

Концентрация щелочи в сфере выщелачивания определяется также, как и в способе-прототипе, в зависимости от минералогического состава боксита и максимально возможной температуры выщелачивания, зависящей от расчетного давления в реакционных автоклавах и возможности повышения температуры выщелачивания из-за имеющегося теплоносителя внешнего источника тепла, например, ТЭЦ.

После емкостей обескремнивания раствора 2 через выпарной аппарат наносом высокого давления 4 подается в теплообменники 5, обогреваемые сепараторным паром, с нагревом пульпы до 145-175^oC. Догрев пульпы от 160 до 175^oC в случае необходимости осуществляют сепараторным паром в греющем автоклаве 7.

Из греющего автоклава 7 пульпа поступает последовательно в греющий автоклав 8, где нагревается вторичным паром до температуры 180-230^oC через поверхность нагрева и через контактный подогреватель 9 поступает в последний греющий автоклав 10, где нагревается до температуры кипения 220-265^oC.

В автоклавах греющих 7-10 продолжается процесс обескремнивания раствора при более высоких температурах, но максимального значения этот процесс достигает в последнем греющем автоклаве 10 за счет достижения максимально возможной температуры и разбавления раствора конденсируемым паром.

Из последнего греющего автоклава 10, обогреваемого вторичным паром, подготовленная для выщелачивания пульпа поступает самотеком в реакционные автоклавы 11, снабженные кипятильниками 12.

В реакционных автоклавах 11 происходит выпарка пульпы с повышением концентрации щелочи, с выдержкой при одинаковой максимальной температуре кипения пульпы, при этом резко снижается зарастание поверхности нагрева за счет исключения нагрева пульпы, интенсифицируются процессы выщелачивания и обескремнивания за счет достижения максимальной одинаковой температуры во всех автоклавах, повышения концентрации щелочи по мере ее расходования к концу процесса.

После реакционных автоклавов 11 пульпа охлаждается за счет самоиспарения пульпы в сепараторах 13, 14 с использованием пара на нагрев пульпы перед автоклавами, а возможно и на внутренние нужды производства.

Ввод промводы, в случае кристаллизации соды, обычно с температурой 90^oC в сепараторы может привести к значительному расходу сепараторного пара, а следовательно и пара ТЭЦ. Промводу в сепараторы 14 подают непосредственно, а в сепараторы 13 через теплообменники 17.

С основным наиболее важным техническим результатом способа повышение концентрации щелочи в реакционных автоклавах 11 связан отбор пара из сепаратора 13 на выпарку по паропроводу 15.

При отборе пара сепаратора 13 по паропроводу 15 с регулятором 16 на выпарку снизится температура пульпы после греющего автоклава 7 за счет уменьшения количества сепараторного пара, при этом для восстановления нагрева в греющих автоклавах 8, 10 до рабочей температуры кипения потребуется увеличить соответственно количество вторичного пара в реакционных автоклавах 11 за счет увеличения подачи пара ТЭЦ. При этом повысится концентрация щелочи в сфере выщелачивания, что позволит снизить концентрацию щелочи в оборотном растворе, снизить количество упариваемой воды и соответственно расход пара на ее упаковку и интенсифицировать процесс обескремнивания раствора
Пример. На автоклавной установке по представленной схеме в соответствии с заявленным способом осуществлены следующие операции:
на контактный теплообменник подана пульпа боксида в количестве 320 м³/ч с содержанием Al₂O₃ 56,5% SiO₂ 7,89% CaO 0,8% и CO₂ 0,6% по Na₂O_k 161 г/л и после нагрева до 100^oС произведено обескремнивание в емкостях с перемешиванием;
перед подачей пульпы насосом в теплообменники осуществлено выпаривание пульпы в выпарном аппарате поверхностью нагрева 500 м² с повышением Na₂O_k в растворе до 167 г/л;
осуществлен нагрев пульпы сепараторным паром в теплообменниках с промывкой конденсатов до 174^oC;
производят нагрев пульпы вторичным паром в количестве 36 т/ч в греющих автоклавах через поверхность нагрева до 230^oC и в количестве 20 т/ч контактным способом в последнем греющем автоклаве до 260^oC с разбавлением раствора до содержания Na₂O_k 157 г/л;
осуществлена выпарка пульпы в реакционных автоклавах до превышения концентрации Na₂O_k в растворе до 177 г/л, отвечающей необходимой концентрации выщелачивания при температуре 260^oC;
произведено охлаждение пульпы в сепараторах с отбором 26 т/ч пара на выпарку и подачей 30 м³/ч промводы через трубчатые теплообменники, обогреваемые сепараторным паром, во 2-й сепаратор.

Использование: в производстве глинозема. Сущность изобретения: готовят пульпу из боксита и оборотного раствора, затем нагревают ее сепараторным паром до температуры 80-100^oC и выдерживают при этой температуре под атмосферным давлением для обескремнивания пульпы. После этого пульпу нагревают в греющих автоклавах, выщелачивают раствором в реакционных автоклавах и охлаждают в сепараторах с получением выщелоченной пульпы, сепараторного пара и конденсата. Выщелачивание в реакционных автоклавах ведут в режиме упаривания до повышения концентрации раствора по Na₂O_k на 10-30 г/л с получением вторичного пара, при этом выдержке подвергают пульпу с концентрацией на 10-30 г/л по Na₂O_k ниже концентрации раствора выщелачивания. Перед нагревом пульпы в греющих автоклавах ее нагревают в аппаратах сепараторным паром до температуры 140-175^oC, а в греющих автоклавах, кроме последнего, нагрев ведут вторичным паром от реакционных автоклавов до температуры 180-230^oC через поверхность нагрева. В последнем греющем автоклаве нагрев ведут вторичным паром контактным способом до температуры 220-265^oC. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ переработки боксита, включающий приготовление пульпы из боксита и оборотного раствора, нагрев пульпы сепараторным паром до 80 100^oС, выдержку пульпы при 80 100^oС под атмосферным давлением для обескремнивания пульпы, нагрев пульпы в греющих автоклавах, выщелачивание раствором в реакционных автоклавах и охлаждение пульпы в сепараторах с получением выщелоченной пульпы, сепараторного пара и конденсата, отличающийся тем, что выщелачивание в реакционных автоклавах ведут в режиме упаривания до повышения концентрации раствора по Na₂O_k на 10 30 г/л с получением вторичного пара, при этом выдержке подвергают пульпу с концентрацией на 10 30 г/л по Na₂О_к ниже концентрации раствора выщелачивания, при этом перед нагревом пульпы в греющих автоклавах ее нагревают в аппаратах сепараторным паром до 140 175^oС, в греющих автоклавах, кроме последнего, нагрев ведут вторичным паром от реакционных автоклавов до 180 230^oС через поверхность нагрева, а в последнем греющем автоклаве нагрев ведут вторичным паром контактным способом до 220 265^oС. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что охлаждение пульпы в сепараторах осуществляют с разбавлением промводой, ступенчато нагреваемой сепараторным паром, до концентрации, исключающей кристаллизацию соды. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после выдержки пульпы при 80 - 100^oС ее подвергают упарке до повышения концентрации Na₂О_k в растворе на 5 15 г/л. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагрев пульпы до 140 175^oС осуществляют с последующей промывкой поверхности аппаратов конденсатом. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пар сепаратора с помощью регулятора направляют на выпарку. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в реакционном автоклаве производят отбор вторичного пара.