установка для гидрохимической переработки глиноземсодержащего спека

Формула изобретения

Установка для гидрохимической переработки глиноземсодержащего спека, содержащая трубопроводы подачи спека, печного газа, пара и известкового молока, трубопроводы отвода отмытого шлама, продукционного гидрата и содового раствора, узел выщелачивания с двумя входами и двумя выходами, узел автоклавного обескремнивания с двумя входами, первый узел разложения алюминатного раствора карбонизацией и декомпозицией с тремя входами, первый узел фильтрации с двумя выходами, сепаратор гидроокиси алюминия с двумя выходами, второй узел разложения алюминатного раствора карбонизацией с двумя входами, второй узел фильтрации с двумя выходами, при этом первый вход узла выщелачивания соединен с трубопроводов подачи спека, а второй с первым выходом первого узла фильтрации, первый выход узла выщелачивания соединен с первым входом узла автоклавного обескремнивания, а второй с трубопроводом отмытого шлама, второй вход узла автоклавного обескремнивания соединен с трубопроводом подачи пара, а выход соединен с первым входом первого узла разложения алюминатного раствора, второй вход которого соединен с трубопроводом подачи печного газа, а третий вход соединен с первым выходом сепаратора гидроокиси, второй выход которого соединен с трубопроводом отвода продукционной гидроокиси, выход первого узла разложения соединен с входом первого узла фильтрации, второй выход которого соединен с входом сепаратора, первый вход второго узла разложения алюминатного раствора соединен с трубопроводом подачи печного газа, а выход соединен с входом второго узла фильтрации, первый выход которого соединен с трубопроводом отвода содового раствора, отличающийся тем, что, с целью снижения содержания оксида кремния в продукционной гидроокиси, она дополнительно содержит узлы каустификации, размола гидроокиси алюминия и реактор, при этом первый выход первого узла фильтрации соединен с первым входом узла каустификации и вторым входом второго узла разложения алюминатного раствора, второй выход второго узла фильтрации соединен с входом узла размола, выход которого соединен с первым входом реактора, а выход последнего соединен с первым входом узла автоклавного обескремнивания, выход узла каустификации соединен с вторым входом реактора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оборудованию для переработки щелочных алюмосиликатов, например нефелина или сиенита, при производстве глинозема.

Известна установка для переработки природных алюмосиликатов (см. И.Н. Китлер, Ю.А. Лайнер. Нефелины-комплексное сырье алюминиевой промышленности. М. Металлургиздат, 1962, 159 с.), которая содержит последовательно соединенные узлы выщелачивания глиноземсодержащего спека, обескремнивания, разложения алюминатного раствора и два узла фильтрации для отделения гидроокиси алюминия от пульпы.

Первый вход узла выщелачивания связан с трубопроводом подачи спека, а второй с первым выходом первого узла фильтрации, второй выход которого соединен с трубопроводом отвода продукционного гидрата, а вход с первым выходом узла разложения алюминатного раствора. Второй выход узла разложения связан с входом второго узла фильтрации, первый выход которого соединен с трубопроводом отвода содового раствора, а второй выход соединен с вторым входом узла разложения алюминатного раствора. Второй узел фильтрации служит для отделения гидроокиси алюминия от содового раствора. Полученную гидроокись используют в виде затравки в узле разложения алюминатного раствора. Гидроокись алюминия, получаемая при этом загрязнена примесями оксида кремния, что приводит к снижению качества продукционного гидрата, получаемого в узле разложения алюминатного раствора. Таким образом, соединение второго выхода второго узла фильтрации с вторым входом узла разложения алюминатного раствора ухудшает качество получаемой гидроокиси алюминия и является недостатком устройства.

Известно устройство разложения алюминатного раствора, реализованное по способу разложения (а.с. 324827), которое включает последовательно соединенные узлы разложения алюминатного раствора карбонизацией с тремя входами и декомпозицией, узел фильтрации с двумя выходами получаемого содощелочного раствора для отделения гидроокиси алюминия и сепаратор с двумя выходами, второй (содовый) узел разложения содощелочного раствора карбонизацией с двумя входами и второй узел фильтрации с двумя выходами. При этом вход первого узла разложения карбонизацией соединен с трубопроводом подачи обескремненного алюминатного раствора, а второй с трубопроводом подачи печных газов. Выход узла разложения декомпозицией соединен с входом первого узла фильтрации, первый выход которого соединен с трубопроводом подачи содощелочного раствора на выщелачивание и с первым входом второго узла разложения алюминатного раствора. Второй выход первого фильтра соединен с сепаратором, первый выход которого соединен с трубопроводом отвода продукционного гидрата, а второй выход соединен с входом первого узла карбонизации алюминатного раствора. Второй вход второго узла разложения алюминатного раствора соединен с трубопроводом подачи печного газа. Выход второго узла разложения связан с входом второго узла фильтрации, первый выход которого соединен с трубопроводом отвода содового раствора, а второй соединен с третьим входом первого узла разложения алюминатного раствора карбонизацией.

Таким образом, весь поток алюминатного раствора карбонизируют с довыкручиванием, получая продукционную гидроокись и содощелочной раствор, а затем карбонизируют содощелочной раствор, получая содовый раствор и гидроокись, направляемую в виде затравки в голову процесса. Недостаток этого способа аналогичен недостатку вышеописанного устройства.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство переработки природных алюмосиликатов щелочных металлов (см. В.В. Александров и др. Автоматизированная система управления "Нефелин-1", М. Металлургия, 1976, с.10), принятое за прототип.

Устройство содержит узел выщелачивания с двумя входами и двумя выходами, узлы автоклавного и низкотемпературного обескремнивания с двумя входами каждый, два узла разложения алюминатного раствора, первый из которых содержит последовательно соединенные узлы разложения карбонизацией с тремя входами и декомпозицией, а второй осуществляет разложение раствора карбонизацией. Устройство содержит также два узла фильтрации с двумя выходами и сепаратор с двумя выходами. При этом первый вход узла выщелачивания соединен с трубопроводом подачи спека, а второй с первым выходом первого узла фильтрации. Первый выход узла выщелачивания соединен с трубопроводом отмытого шлама, а второй с первым входом узла автоклавного обескремнивания, второй вход которого соединен с трубопроводом подачи пара, а выход с первым входом первого узла разложения алюминатного раствора и первым входом узла низкотемпературного обескремнивания. Второй вход первого узла разложения соединен с трубопроводом подачи пара. Выход первого узла разложения соединен с входом первого узла фильтрации, второй выход которого соединен с входом сепаратора. Первый выход сепаратора соединен с трубопроводом отвода продукционного гидрата, а второй связан с третьим входом первого узла разложения алюминатного раствора. Второй вход узла низкотемпературного обескремнивания связан с трубопроводом подачи известкового молока, а выход соединен с первым входом второго узла разложения алюминатного раствора, второй вход которого соединен с трубопроводом подачи печного газа, а выход соединен с входом второго узла фильтрации. Первый выход второго узла фильтрации соединен с трубопроводом отвода содового раствора, а второй выход соединен с третьим входом первого узла разложения алюминатного раствора.

Таким образом, вышеописанное устройство обеспечивает реализацию следующего технологического процесса: глиноземсодержащий спек выщелачивают содощелочным раствором в узле выщелачивания, полученный алюминатный раствор обескремнивают в узле обескремнивания и подвергают разложению карбонизацией и декомпозицией в первом узле разложения. При этом около 50% обескремненного алюминатного раствора подвергают карбонизации с последующим выкручиванием. Гидроокись алюминия отделяют в первом узле фильтрации и направляют на дальнейшую обработку, а содощелочной раствор направляют в узел выщелачивания спека. В содощелочном растворе содержатся 22-25 г/л оксида алюминия, до 42-45 г/л каустической щелочи и до 35-45 г/л карбонатов. Оставшуюся часть алюминатного раствора подвергают низкотемпературному обескремниванию в узле низкотемпературного обескремнивания и разлагают карбонизацией во втором узле разложения. Из образовавшейся пульпы во втором узле фильтрации выделяют гидроокись алюминия и направляют его в виде затравки в первый узел разложения алюминатного раствора. Содовый раствор с содержанием до 3-4 г/л оксида алюминия и до 4-5 г/л каустической щелочи направляют на содовое производство. После низкотемпературного обескремнивания алюминатный раствор содержит 0,08-0,02 г/л оксида кремния и жидкой фазе, поэтому загрязнение гидроокиси оксидом кремния существенно снижается. Однако увеличиваются потери алюминия вместе с гидрогранатами, а сам процесс разложения удорожается за счет применения узла низкотемпературного обескремнивания, связанного с дополнительным расходом 10-15 г активной смеси кальция на 1 л исходного алюминатного раствора. Сохраняется основной недостаток всех вышеуказанных способов: большая доля "загрязненной" затравки, поступающей с второго узла фильтрации в первый узел разложения алюминатного раствора, и связанная с этим необходимость использования узла низкотемпературного обескремнивания.

Установка для гидрохимической переработки глиноземсодержащего спека, содержащая трубопроводы подачи спека, печного газа, пара и известкового молока, трубопроводы отвода отмытого шлама, продукционного гидрата и содового раствора, узел выщелачивания с двумя выходами, узел автоклавного обескремнивания с двумя входами, первый узел разложения алюминатного раствора карбонизацией и декомпозицией с тремя входами, первый узел фильтрации с двумя выходами, сепаратор гидроокиси алюминия с двумя выходами, второй узел разложения алюминатного раствора карбонизацией с двумя входами, второй узел фильтрации с двумя выходами, при этом первый вход узла выщелачивания соединен с трубопроводом подачи спека, а второй с первым выходом первого узла фильтрации, первый выход узла выщелачивания соединен с первым входом узла автоклавного обескремнивания, а второй с трубопроводом отмытого шлама, второй вход узла автоклавного обескремнивания соединен с трубопроводом подачи пара, а выход соединен с первым входом первого узла разложения алюминатного раствора, второй вход которого соединен с трубопроводом подачи печного газа, а третий вход соединен с первым выходом сепаратора гидроокиси, второй выход которого соединен с трубопроводом отвода продукционной гидроокиси. Выход первого узла разложения соединен с входом первого узла фильтрации, второй выход которого соединен с входом сепаратора. Первый вход второго узла разложения алюминатного раствора соединен с трубопроводом подачи печного газа, а выход соединен с входом второго узла фильтрации, первый выход которого соединен с трубопроводом отвода содового раствора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит узлы каустификации, размола гидроокиси алюминия и реактор, при этом первый выход первого узла фильтрации соединен с первым входом узла каустификации и вторым входом второго узла разложения алюминатного раствора. Второй выход второго узла фильтрации соединен с входом узла размола, выход которого соединен с первым входом реактора, а выход последнего соединен с первым входом узла автоклавного обескремнивания. Выход узла каустификации соединен с вторым входом реактора.

Устройство представлено на чертеже.

Устройство содержит трубопроводы подачи спека 1, печного газа 2, пара 3 и известкового молока 4, трубопроводы отвода отмытого шлама 5, продукционного гидрата 6 и содового раствора 7, узел выщелачивания 8, узел автоклавного обескремнивания 9, первый узел разложения алюминатного раствора 10, включающий узлы разложения карбонизацией 11 и декомпозицией 12, первый узел фильтрации 13, сепаратор гидроокиси 14, второй узел разложения алюминатного раствора 15, второй узел фильтрации 16, узел каустификации 17, узел размола гидроокиси алюминия 18 и реактор 19.

Трубопровод подачи спека 1 соединен с входом 20 узла выщелачивания 8, вход которого 21 соединен с выходом 22 первого узла фильтрации 13. Выход 23 узла выщелачивания 8 соединен с трубопроводом 5 отвода отмытого шлама, а выход 24 соединен с входом 25 узла автоклавного обескремнивания 9, вход которого 26 соединен с трубопроводом 3 подачи пара. Выход 27 узла 9 соединен с входом 28 узла карбонизации 11 первого узла разложения алюминатного раствора 10. Вход 29 узла 11 соединен с трубопроводом 2 подачи печного газа, а вход 30 соединен с выходом 31 сепаратора 14. Выход 32 узла 11 соединен с входом 33 узла 12, выход которого 34 соединен с входом 35 первого узла фильтрации 13. Выход 36 узла 13 соединен с входом 37 сепаратора 14, выход которого 38 соединен с трубопроводом отвода продукционного гидрата 6. Выход 22 первого узла фильтрации 13 соединен с входами 39 и 40 второго узла разложения алюминатного раствора 15 и узла каустификации 17 соответственно. Вход 41 узла 15 соединен с трубопроводом подачи печного газа 2, а выход 42 соединен с входом 43 второго узла фильтрации 16, выход которого 44 соединен с трубопроводом 7 отвода содового раствора, а выход 45 соединен с входом 46 узла размола 18. Выход 47 узла размола 18 соединен с входом 48 реактора, выход которого 49 соединен с входом 25 узла автоклавного обескремнивания 9. Вход 50 узлов каустификации 17 соединен с трубопроводом 4 подачи известкового молока. Выход 51 узла 17 соединен с входом 52 реактора 19.

Устройство работает следующим образом.

Из трубопровода 1 на вход 20 узла выщелачивания 8 подают спек, а с выхода 22 узла 13 на вход 21 узла 8 подают содощелочной раствор. В узле 8 производят выщелачивание спека и получают с выхода 23 промытый белитовый шлам, направляемый в трубопровод 5 отвода шлама, а с выхода 24 алюминатный раствор, направляемый на вход 25 узла 9 автоклавного обескремнивания, на вход 26 которого подают пар из трубопровода 3. Обескремненный алюминатный раствор с выхода 27 подают на вход 28 первого узла разложения карбонизацией 11 первого узла разложения алюминатного раствора 10. На вход 29 узла 11 подают печной газ из трубопровода 2, после чего с выхода 32 узла 11 пульпу передают на вход 33 узла декомпозиции 12.

С выхода 34 узла декомпозиции 12 пульпу направляют на вход 35 первого узла фильтрации 13. С выхода 22 узла фильтрации содощелочной раствор направляют на входы 21 узла 8, 39 узла 15 и 40 узла 17. Содержание каустической и общей щелочи и оксида алюминия в содощелочном растворе соответственно N 1, N и Al. Исходя из удельной УО потребности каустической щелочи на единицу объема алюминатного раствора, получаемого при выщелачивании, находят потребное количество содощелочного раствора, направляемого в узел 8 с выхода 22 фильтра 13.

У2 УО/N 1. (1)

Часть полученного содощелочного раствора УЗ направляют на каустификацию в узел 17. Оставшуюся часть направляют на вход 39 узла 15, в котором его подвергают газации и окончательному разложению. В узле фильтрации 16 от пульпы отделяют содовый раствор. В жидкой фазе содового раствора находятся А2 оксида алюминия и N 2 каустической щелочи. Отделенную в узле 16 гидроокись измельчают в мельнице 18 и направляют на репульпирование содовым раствором в реактор 19. Исходя из предположения, что при растворении гидроокиси концентрация оксида алюминия в жидкой фазе будет равна А4 при исходной концентрации его в щелочном растворе А1, и считая, что расход содощелочного раствора в узел каустификации УЗ равен расходу У1 оборотного раствора из репульпатора 19 в узел обескремнивания, то есть У1=УЗ, получаем

УЗ=(А1-А2)(1-У2)/(А4-А1). (2)

Выход содопродуктов в содовом растворе равен

QC=(1-У2)(NO-N2). (3)

Выход оксида алюминия в узле фильтрации 8 равен

QГ=(АО-А1)(1+У1). (4)

Расход активной окиси кальция, исходя из предположения, что для каустификации 1 г карбонатной щелочи затрачивают 1 г активной окиси кальция, определяют из выражения

QИ= УЗ(N0-N1). (5)

Определим содержание оксида кремния X в оборотном растворе: Исходное содержание оксида кремния в алюминатном растворе на входе 28 узла 11 определяется равновесным содержанием оксида кремния на выходе узла 9 автоклавного обескремнивания независимо от содержания X двуокиси кремния в оборотном растворе. После обескремнивания содощелочного раствора в узле каустификации 17 в жидкой фазе щелочного раствора остается УЗ.СО.К1 оксида кремния, где К1 коэффициент эффективности обескремнивания, определяемый опытным путем (обычно 0,10-0,30).

Во втором узле разложения 15 алюминатного раствора вместе с оксидом алюминия в твердую фазу переходит (1-У2).СО.К2 оксида кремния, где К2 - коэффициент, определяемый опытным путем (обычно в пределах 0,85-0,90). Исходя из вышеизложенного, находим количество двуокиси кремния, возвращаемой с оборотным раствором в узел автоклавного обескремнивания 9.

X СО(К2(1-У2)+У1.К1). (6)

Из (1), (2) и (3) следует, что основные параметры процесса переработки алюминатного раствора определяются концентрационными режимами, в частности содержаниями оксида алюминия А1 и А2 в содощелочном и содовом растворах. Рекомендуется при исходных содержаниях оксидов АО и N0 алюминия и щелочных металлов в алюминатном растворе выдерживать режимы А1=0,5.АО, N1=0,7.N0 и А4= А= AO.

Пример.

Обескремненный алюминатный раствор содержит AО=80 г/л, NO=82 г/л, CO= 0,25 г/л. Потребность в каустической щелочи г на 1 л алюминатного раствора, приходящего на содощелочную стадию-8. В соответствии с (1) находим долю содощелочного раствора, отбираемого на выщелачивание, при условии, что содощелочной раствор содержит А1=40 г/л, N1=65 г/л. Отсюда У2=25/65=0,385. Из (2) находим долю содощелочного раствора, отбираемого на каустификацию при А4=80 г/л и А2=4 г/л. УЗ=(40-4)(1-0,385)/(80-40)= 0,555.

Выход содопродуктов с содовым раствором из (3) равен QC=(1-0,385)(82-3)= 48,5 г/л исходного алюминатного раствора.

Выход оксида алюминия из узла фильтрации 13 в соответствии с (4)

QГ=(80-40)(1+0,55)=62 г/л

Расход активной окиси кальция

QИ= 0,55(82-65)=9,5 г/л

Содержание оксида кремния в оборотном растворе при K1=0,2 и K2=0,9, исходя из (6) получаем X=0,166. Содержание SiO₂ в оксиде алюминия Z=0,04/62= 0,00064, где 0,04 выход SiO₂ в твердую фазу при декомпозиции в узле 12.