СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТА Российский патент 2000 года по МПК C01F7/06 

Изобретение относится к производству глинозема и может быть использовано в химической промышленности, где используется тепло- и массообмен, например, процессы упаривания и выщелачивания.

Известен способ выщелачивания боксита (Н.С.Мальц. Автоклавное выщелачивание боксита. М.:, Металлургия, 1980, стр.27, рис.4), по которому бокситовую пульпу, полученную в результате мокрого размола боксита с крепким (оборотным) раствором при атмосферном давлении, прокачивают поршневым насосом через подогреватели, батарею автоклавов и самоиспарители выщелоченной пульпы. При этом пульпу предварительно нагревают в подогревателях паром самоиспарителя первой ступени (давление 6-7 ати) до температуры 148-150^oC и затем окончательно нагревают паром ТЭЦ (давление 30-31 ати) до температуры выщелачивания 235-238^oC. Пройдя автоклавную установку, пульпа поступает из самоиспарителя второй ступени в мешалку разбавления.

Недостатком способа является недостаточно полная регенерация тепла вареной пульпы.

Известен также способ переработки боксита на глинозем (А.И.Лайнер. Производство глинозема, Гос. НТИ литературы по черной и цветной металлургии, М., 1961, стр. 141-144), заключающийся в том, что боксит после крупного и среднего дробления смешивают с небольшим количеством извести (если боксит диаспоровый) и направляют в мельницы мокрого размола вместе с оборотным раствором, полученным после упаривания маточного раствора. Полученная пульпа собирается в сборниках (мешалках), где нагревается паром до 100^oC, если боксит содержит большое количество кремнезема, выдерживается там несколько часов, чтобы большую часть кремнезема действием щелочи и алюмината обратить в нерастворимый алюмосиликат. Затем пульпа поршневым насосом прокачивается через автоклавную установку и выщелачивается. Из последнего автоклава батареи выщелачивания пульпа перетекает в пароотделитель (самоиспаритель), где от самоиспарения образуется пар, используемый для предварительного (регенеративного) нагрева пульпы в подогревателях автоклавной установки. Из пароотделителя пульпа поступает в мешалки (агитаторы) для разбавления промывной водой.

В системе противоточных уплотнителей (сгустителей) и промывателей твердая фаза пульпы (красный шлам) отделяется от жидкой (алюминатного раствора) и отмывается. Сгущенный шлам перекачивают в отвал (шламовое поле), а промывная вода из первого промывателя направляется на разбавление выщелоченной пульпы.

Слив (алюминатный раствор) из уплотнителей проходит через фильтры для полного отделения взвеси красного шлама и поступает на выкручивание (декомпозицию), которое длится 70-100 часов. Затем гидратную пульпу сгущают, отделяют маточный раствор и гидроксид алюминия делят по крупности на две части: крупную после отмывки от щелочи подают на кальцинацию, другая же часть (мелкая), около 3/4 всего гидрата, служит затравкой.

Маточный раствор и воду от промывки гидрата направляют на выпарку, где концентрацию по щелочи повышают, приблизительно, до 300 г/л. При этом из раствора выделяется сода, так как растворимость ее уменьшается с повышением содержания каустической щелочи в растворе. В установившемся процессе выпаркой выделяется столько же соды, сколько накапливается за весь процесс. Этим предотвращается накопление соды в растворе. К упаренному маточному (оборотному) расходу добавляют свежую едкую щелочь для возмещения химических и механических потерь и направляют в мельницы мокрого размола со свежим бокситом.

Готовый гидрат обезвоживается и прокаливается в печах участка кальцинации с получением глинозема.

Недостатком данного способа, как и способа-аналога, является то, что сырая пульпа имеет исходную температуру всего 90-95^oC, что обусловлено ведением процесса мокрого размола при атмосферном давлении. Это вызывает надобность в регенеративном нагреве сырой пульпы перед автоклавным выщелачиванием, что связано с определенными сложностями (установка подогревателей, трубопроводов, их обслуживание и ремонт) и расходом тепла. Кроме того, в процессе упаривания маточного раствора образуется громоздкий оборотный цикл охлаждающей воды: выпарка - градирни - выпарка.

Все это усложняет способ, удораживает его и делает неэкологичным из-за выбросов в атмосферу из градирен, при испарении оборотной воды, большого количества щелочи и гидроксида алюминия.

Задача изобретения - устранение указанных недостатков.

Техническим результатом изобретения является упрощение способа выщелачивания и упаривания маточного раствора и как следствие этого повышение экономичности и экологической чистоты процесса переработки боксита.

Технический результат достигается тем, что мокрый размол боксита при атмосферном давлении ведут не с крепким (оборотным), а с маточным раствором, в результате чего создается возможность повышения температуры крепкого раствора, а значит и пульпы, до максимальной, ограниченной лишь условиями упаривания маточного раствора. Это дает возможность упростить регенеративный нагрев пульпы перед выщелачиванием или совсем освободиться от него. При этом создается возможность упрощения процесса упаривания маточного раствора, сделать его двух-, а не четырехкратным, что избавляет от оборотного цикла охлаждающей воды. В результате упрощаются два очень сложных передела в схеме переработки боксита: выпарка и выщелачивание.

На чертеже дана блок-схема осуществления предлагаемого способа.

Схема включает в себя передел 1 мокрого размола боксита, передел 2 выпарки маточного раствора и передел 3 выщелачивания боксита, соединенных между собой трубопроводами с насосами 4, 5, а также схема содержит сопутствующие указанным переделам аппараты: подогреватель 6, фильтрующие устройства 7, 8, самоиспарители 9, 10 и автоклав 11 выдержки крепкого раствора, прохождения в нем процесса содовыделения.

Способ осуществляется следующим образом. Раздробленный боксит и маточный раствор с температурой 50-55^oC, полученный после декомпозиции алюминатного раствора, подаются в мельницы участка (передела) 1. Затем центробежным насосом 4, создающим давление 6-7 ати, полученная пульпа транспортируется в фильтрующее устройство 7, конструктивно выполненное, как описанное в патенте ФРГ N 1063015 (может быть использовано и центробежное фильтрующее устройство, описанное в патенте ФРГ N 1955274 или N 2918008). Жидкая фаза пульпы проходит через фильтр и поступает в подогреватель 6, а твердая фаза, т.е. боксит, задерживается в устройстве 7, в ячейке диска, который при повороте переносит боксит к другому патрубку, подучи воздуха, отжимающего боксит и выдувающего остатки раствора в подогреватель 6 (можно подавать в этот патрубок вместо воздуха небольшое количество крепкого раствора после упаривания). Затем осадок, по мере вращения диска с ячейками, переносится в зону следующего патрубка, подачи крепкого раствора, полученного после упаривания маточного раствора, но с другой стороны диска фильтра 7. Под воздействием давления крепкого раствора боксит отделяется от сетки фильтрующего устройства (выделяется в осадок), смешивается с крепким раствором при давлении больше атмосферного и транспортируется на всас поршневого насоса 5. Давление, за счет которого происходит движение крепкого раствора через фильтр 7, равно 4,5-5 ати, так как он выходит после упаривания из сепаратора головного корпуса выпарной батареи передела 2 (в греющей камере головного корпуса давление равно 7 ати).

Раствор, поступивший в подогреватель 6, нагревается в нем до температуры 85-90^oC паром (давление 1 ати и температура 120^oC), поступающим в межтрубную часть подогревателя 6 из сепаратора второго корпуса выпарной батареи передела 2. Затем нагретый раствор поступает в греющую камеру (в трубную часть) этого же второго корпуса выпарной батареи, далее - в сепаратор и т.д., выходя из сепаратора головного корпуса упаренным (концентрация по общей щелочи не ниже 295-300 г/л) с температурой 155-160^oC и с давлением, как указывалось, 4,5-5 ати.

Для выделения соды из раствора служит автоклав 11, в котором осуществляется выдержка раствора необходимое время. При этом раствор механически перемешивается или каким-либо другим способом, например, на основе циркуляции раствора. Образующаяся в автоклаве содовая пульпа поступает в фильтрующее устройство 8, в котором происходит отделение соды от крепкого раствора, точно также, как это происходит при отделении раствора от боксита в устройстве 7. Сода идет на соответствующую переработку (см.А.И.Лайнер и др. Производство глинозема. М.:, Металлургия, 1978, стр.63, рис. 17), раствор же транспортируется в фильтрующее устройство 7 и далее в насос 5, создающий давление 30 ати. При этом в трубопроводе между насосом 5 и фильтром 7 крепкий раствор при давлении больше атмосферного смешивается с бокситом с образованием пульпы. Под действием давления насоса 5 пульпа прокачивается через батарею автоклавов передела 3 и выщелачивается. Предварительный (регенеративный) нагрев сырой пульпы в данном случае отсутствует, т.к. пульпа за счет крепкого раствора имеет достаточно высокую температуру не ниже, чем после регенеративного нагрева в схемах широко применяемых в глиноземном производстве. Но можно произвести и дополнительно регенеративный нагрев, например, до температуры 175-180^oC, но при этом будет уменьшена степень самоиспарения выщелоченной (вареной) пульпы.

После выщелачивания в автоклавной батарее (передел 3), проходящего при температуре 235-238^oC, за счет нагрева пульпы паром с ТЭЦ, имеющего давление 25-30 ати, в двух первых по ходу пульпы автоклавах, вареная пульпа поступает в самоиспаритель 9, в котором выделяется пар с давлением 7 ати в количестве 8-9 т/час, т.е., приблизительно, в таком же количестве, какое перерасходуется в двухкорпусной выпарной батарее передела 2 по сравнению с четырехкорпусной батареей, какие обычно применяются в настоящее время в глиноземном производстве. Поэтому пар, поступающий на участок 2 выпарки из самоиспарителя 9, полностью компенсирует перерасход 7 ати пара с ТЭЦ.

Следует сказать, что мокрый размол боксита можно вести, например, с промводой, использовав ее затем для отмывки шлама. Кроме того, упаривание маточного раствора может быть трехкратным при давлении 7 ати в греющей камере корпуса и 0,7 ати в сепараторе третьего корпуса. Полезная разность температур, при этом, будет равна 80^oC, с учетом депрессии - 35-40^oC, чего вполне достаточно. В этом случае пар из сепаратора третьего корпуса может быть использован не только для нагрева маточного раствора, но и для нагрева промводы.

Таким образом, за счет высокой температуры (155-160^oC) крепкого раствора, используемого для приготовления пульпы, которая при смешении раствора с бокситом принимает температуру не ниже 150^oC, т.е. такую же, как в обычных схемах выщелачивания боксита, становится экономически целесообразным вести упаривание маточного раствора в двухкорпусных выпарных батареях в пределах давлений от 7 ати до 1 ати. При этом полезный перепад температур с учетом температурной депрессии раствора будет в пределах 20-23^oC, при указанной выше предельной концентрации раствора, которого вполне достаточно для ведения процесса упаривания в двухкорпусной выпарной батарее.

При упаривании маточного раствора коэффициент упарки равен 0,4, т.е. для получения крепкого раствора указанной концентрации необходимо из 1 м³, маточного раствора упарить 0,4 м³ воды. Тогда на одну автоклавную батарею со средней производительностью 90 м³/час пульпы необходимо упарить 60 м³/час воды. Поэтому перерасход греющего пара при упаривании маточного раствора в двухкорпусной батарее по сравнению с упариванием в четырехкорпусной составит
60 (0,53 - 0,385) = 8,7 т/час,
где 0,53 - удельный расход греющего пара при двухкратной схеме упаривания, т/т;
0,385 - удельный расход греющего пара при четырехкратной схеме упаривания, т/т.

Количество пара первой ступени самоиспарения выщелоченной пульпы составит

где 1,55 - удельный вес пульпы, т/м³;
15 - расход греющего 30 ати пара, сконденсировавшегося при контактном нагреве в греющих автоклавах, т;
0,8 - удельная теплоемкость вареной пульпы, ккал/кг^oC;
661,2 - энтальпия пара при давлении 7 ати, ккал/кг;
233 - температура вареной пульпы до самоиспарения, ^oC;
185 - температура вареной пульпы после самоиспарения в самоиспарителе при давлении 7 ати с учетом температурной депрессии пульпы, равной 15^oC, ^oC.

Упаривание маточного раствора в двухкорпусных выпарных батареях с получением крепкого раствора с температурой 155-160^oC не является самоцелью. Это дает возможность (при упаривании в указанных пределах давлений) избавиться от оборотного цикла охлаждающей воды, весьма громоздкого и дорогостоящего. Это главная цель и предлагаемый способ переработки боксита позволяет ее достичь без перерасхода тепла.

Изобретение относится к производству глинозема. Способ переработки боксита включает мокрый размол боксита, фильтрацию бокситовой и содовой пульп, выщелачивание боксита, самоиспарение выщелоченной пульпы, выпарку маточного раствора, полученного после декомпозиции алюминатного раствора, с получением крепкого раствора, содовыделение. Крепкий раствор, полученный после упаривания маточного раствора, смешивают при давлении больше атмосферного с бокситом, выделившимся в осадок после фильтрации бокситовой пульпы. Вновь образующуюся пульпу направляют на автоклавное выщелачивание. Изобретение позволяет упростить процесс выщелачивания и упаривания маточного раствора и как следствие повысить экономичность и экологическую чистоту процесса переработки боксита. 1 ил.

Способ переработки боксита, включающий мокрый размол, автоклавное выщелачивание боксита, самоиспарение выщелоченной пульпы, выпарку маточного раствора, полученного после декомпозиции алюминатного раствора с получением крепкого раствора, содовыделение, отличающийся тем, что после мокрого размола осуществляют фильтрацию бокситовой и содовой пульп, крепкий раствор, полученный после упаривания маточного раствора, смешивают при давлении больше атмосферного с бокситом, выделившимся в осадок после фильтрации бокситовой пульпы, вновь образующуюся пульпу направляют на автоклавное выщелачивание.