Разложение алюминатного раствора выкручиванием

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Алюминий - химический элемент III группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева. Вследствие высокой химической активности алюминий в природе находится только в связанном виде. По содержанию в земной коре он занимает первое место среди металлов - 8,13 % и третье место после кислорода и кремния. По данным академика А.Е. Ферсмана, насчитывается более 250 минералов алюминия, которые преимущественно сосредоточены вблизи поверхности земли, и более 40 % из них относится к алюмосиликатам.

Глиноземом называется кристаллическая окись алюминия Она является основным сырьем для получения алюминия. Алюминий получают из глинозема электролизом. Глинозем используется также и в других отраслях промышленности. Кроме того, иногда бывает рентабельно в состав производства глинозема включать производство редких металлов, сопутствующих алюминию в руде (таких, как галлий, ванадий и пр.).

Глинозем получают из руды, содержащей горную породу - боксит. Бокситы имеют сложный химико-минералогический состав. Основной и полезной их частью являются различные модификации гидрата окиси (гидроокиси) алюминия (Аl(ОН)₃ , AlOОН и др. ). В состав бокситов входят обычно окислы железа, кремния, в малом количестве - серы, титана, галлия, хрома, ванадия и пр., а также карбонатные соли кальция, магния, железа, органические вещества (остатки древних растений и животных) и пр.

При равном содержании алюминия ценность боксита в основном зависит от следующих факторов (расположенных примерно по степени важности):

I) от сорта гидроокиси алюминия, входящей в состав боксита; по возрастанию трудностей переработки бокситы в этом отношении ложно расположить в ряд:

а.) гиббситовые (или гидраргилитовые), содержащие гидроокись алюминия в виде Al(OH)₃ б) гиббсит - бемитовые; в) бемитовые AlООН; г) бемит - диаспоровые; д) диаспоровые (перекристаллизованная AlООН);

2) от содержания кремнезема (SiO₂), при удалении которого из боксита определенная часть гидрата окиси алюминия вместе с ней уходит в отвал и теряется;

3) от содержания окиси титана (TiO₂), образующей очень твердые осадки на теплообменных поверхностях аппаратуры и, тем самым, увеличивающих энергетические затраты;

4) от содержания карбонатов СаСО₃ , MgСО₃, FeСО₃ на удаление которых расходуется часть нужного для производства глинозема едкого натра (NаОН);

5) от содержания серы, загрязняющей глинозем и понижающей, тем самым, качество алюминия;

6) от содержания органических веществ, замедляющих рост кристаллов гидроокиси алюминия и, тем самым, снижающих производительность завода;

7) от геологического возраста бокситов: древние бокситы имеют более высокую твердость и требуют при переработке больших затрат энергии, чем геологически молодые бокситы; как говорят они являются более трудновскрываемыми.

Чрезмерное содержание любых других примесей также является вредным и приводит к повышению затрат на производство глинозема.

Теория зарождения бокситовых руд указывает на то, что бокситы образовывались, в основном в районах с теплым климатом и большим количеством осадков.

В связи с геологическими изменениями климата планеты по нынешней климатической карте судить о ценности того или иного месторождения сложно. Но общее положение таково, что наиболее высококачественными являются бокситы тропического пояса Земли (Ямайка, Гвинея, Австралия и др.), а по мере продвижения на север их ценность падает. В Советском Союзе разработаны рентабельные методы получения глинозема также из других алюминий-содержащих руд - нефелиновых, алунитовых и др.

1. Разложение алюминатного раствора выкручиванием (декомпозиция)

1.1 Теоретические основы процесса

Декомпозиция (или выкручивание) представляет собой процесс самопроизвольного разложения алюминатного раствора с выделением в осадок гидроксида алюминия NaA1O₂ + 2H₂O = Al(OH)₃ + NaOН. Чтобы эта реакция шла слева направо, необходимо алюминатный раствор перевести в область пересыщенных глиноземом растворов, что достигается разбавлением автоклавной пульпы после выщелачивания и снижением температуры раствора. По мере разложения раствор приближается к равновесному состоянию и при достижении этого состояния его разложение прекращается. На практике процесс декомпозиции прекращают значительно раньше, так как разложение раствора по мере приближения к равновесному состоянию все более и более замедляется.

Для ускорения декомпозиции применяют затравку, которая представляет собой гидроксид алюминия, полученный в предыдущем цикле. Затравку вводят в алюминатный раствор для создания в нем центров кристаллизации. Каустический модуль раствора при декомпозиции непрерывно возрастает, и по величине изменения этого модуля во времени судят о скорости разложения алюминатного раствора, а по конечному модулю раствора -- о глубине его разложения. Скорость разложения раствора определяет продолжительность процесса декомпозиции, глубина разложения - выход глинозема при декомпозиции. Под выходом глинозема при декомпозиции (степенью разложения раствора) понимают выраженное в процентах отношение количества глинозема, выпавшего в осадок, к количеству глинозема, содержащемуся в исходном растворе. Выход глинозема при декомпозиции (b, %) можно определить, зная каустические модули исходного алюминатного раствора (б_а) и конечного маточного раствора (б_м) по формуле

Выход глинозема при декомпозиции составляет 40--55 %, т. е. только примерно половина глинозема переходит из раствора в осадок, а остальной глинозем остается в маточном растворе и является оборотным. В зависимости от концентрации каустический модуль конечного раствора составляет 3,1--3,7, что на 0,7--1 ед. ниже равновесного каустического модуля.

Кроме достаточно высокой скорости декомпозиции и глубины разложения алюминатного раствора, условия декомпозиции должны обеспечивать получение гидроксида алюминия определенной крупности и с минимальным содержанием примесей. Механизм образования и роста кристаллов гидроксида алюминия при декомпозиции окончательно не выяснен. Ряд исследователей рассматривают декомпозицию как гидролиз алюмината натрия с последующей кристаллизацией выделяющегося гидроксида алюминия. Другие исследователи считают, что при декомпозиции происходит распад комплексных анионов Аl(ОН)₄^- или А1(ОН)₆^- (в виде которых глинозем находится в растворе), а затем полимеризация остатков распада, приводящая к образованию гидроксида алюминия.

Кристаллооптические исследования показывают, что продуктом разложения алюминатных растворов является гидраргиллит в виде зерен сферолитоподобного (шарообразного) строения. Эти зерна состоят из деформированных кристаллов, расположенных радиально вокруг начальных центров кристаллизации. Такими центрами являются частицы затравки.

Кроме того, в процессе разложения появляются новые центры кристаллизации в результате гидролитического разложения алюмината натрия, а также разрушения зерен гидроксида и отщепления от них мельчайших частиц.

1.2 Влияние различных факторов на показатели декомпозиции

На процесс декомпозиции оказывает влияние целый ряд факторов: температура, каустический модуль и концентрация алюминатного раствора, количество и качество затравки, наличие примеси в растворе.

С понижением температуры раствор становится все более пересыщенным и выход глинозема, который можно достичь при его разложении, увеличивается. Однако понижение температуры вызывает образование мелкозернистого гидроксида алюминия, который плохо фильтруется и отмывается от щелочи, а полученный из него глинозем сильно пылит при кальцинации, что приводит к его потерям. На практике разложение алюминатного раствора ведут при интенсивно понижающейся температуре, что даст возможность получить осадок необходимой крупности при достаточно высоком выходе глинозема и заданной продолжительности процесса декомпозиции.

Каустический модуль алюминатного раствора при прочих равных условиях характеризует степень его насыщения глиноземом - чем меньше каустический модуль раствора, тем более он насыщен глиноземом. Поэтому с уменьшением исходного каустического модуля раствора скорость его разложения, а также степень разложения увеличиваются.

С понижением концентрации (при неизменном каустическом модуле) алюминатный раствор переходит в область более насыщенных глиноземом растворов и стойкость его понижается. Поэтому при снижении концентрации раствора скорость его разложения увеличивается. Однако при снижении концентрации раствора уменьшается производительность аппаратуры для разложения (декомпозеров).

Большое влияние на скорость декомпозиции и крупность получаемого гидроксида алюминия оказывает количество и качество затравки. Количество поступающей на декомпозицию затравки характеризуют затравочным отношением, под которым понимают отношение количества глинозема в затравке к его количеству в исходном алюминатном растворе (по массе). Качество затравки характеризуется прежде всего удельной поверхностью затравочного гидроксида, которая зависит от его крупности и формы частиц.

С увеличением затравочного отношения, а также удельной поверхности затравки возрастает число центров кристаллизации и их суммарная поверхность, при этом скорость разложения раствора повышается. Однако с ростом затравочного отношения возрастает нагрузка на оборудование - декомпозеры, сгустители, фильтры. Кроме того, вместе с затравкой на декомпозицию поступает некоторое количество маточного раствора, имеющего высокий каустический модуль. При смешении с затравкой каустический модуль алюминатного раствора повышается, что приводит к снижению скорости декомпозиции и степени разложения раствора.

Свежеосажденный гидроксид алюминия как затравка значительно активнее, чем старый. На практике в качестве затравки применяют оборотный гидроксид алюминия, в котором наряду со свежеосажденным присутствует гидроксид, полученный в предыдущих циклах и обладающий меньшей активностью по сравнению со свежеосажденным. На большинстве заводов применяют высокие затравочные отношения, достигающие 4--4,5, что наряду с достаточно высокой скоростью декомпозиции способствует стабилизации качества гидроксида алюминия по крупности. Высокие затравочные отношения наиболее целесообразны при декомпозиции растворов повышенной концентрации Al₂O₃ .

В поступающем на декомпозицию алюминатном растворе всегда присутствуют примеси кремнезема, органических веществ, соды и др. В присутствии кремнезема увеличивается стойкость алюминатного раствора и, следовательно, снижается скорость его разложения. Кроме того, кремнезем загрязняет выделяющийся при декомпозиции гидроксид алюминия. Интенсивное выделение кремнезема в осадок наблюдается из раствора с кремневым модулем меньше 100. Поступающий на декомпозицию раствор обычно имеет кремневый модуль 250 -- 300.

Присутствие органических веществ в растворе также нежелательно, так как они снижают скорость разложения и замедляют рост кристаллов гидроксида. Сода (Na₂O_y) при содержании ее в растворе до 30 г/л практически не оказывает влияния на скорость и степень разложения раствора при декомпозиции. В присутствии сернокислых солей натрия и калия, а также сернистого натрия Na₂S и хлор-иона скорость разложения алюминатного раствора уменьшается.

Установлено, что скорость разложения алюминатных растворов резко возрастает при добавке сухих солей алюминия, коллоидного гидроксида алюминия, байерита и ряда других веществ, но при этом значительно увеличивается количество тонких фракций в получаемом гидроксиде, поэтому промышленного применения эти добавки не нашли.
Интенсивность перемешивания при декомпозиции мало влияет на разложение раствора. Перемешивание необходимо в основном для предупреждения осаждения гидроксида при декомпозиции и поддержания его во взвешенном состоянии

1.3. Аппаратурно-технологическая схема, устройство декомпозеров

Рисунок 1. Схема декомпозиции:1- пластинчатый теплообменник; 2- декомпозеры

Алюминатный раствор охлаждается в пластинчатом теплообменнике (рисунок 1) до температуры начала декомпозиции и поступает в головной аппарат батареи непрерывно работающих декомпозеров, сюда же подается затравочный гидроксид. По мере движения от головного декомпозера к хвостовому алюминатный раствор разлагается и охлаждается. Охлаждение достигается с помощью водяных теплообменников и вытяжных труб, которыми оборудованы декомпозеры, а также за счет потерь тепла через стенки декомпозеров. Из хвостового декомпозера батареи пульпа поступает на дальнейшую переработку. Рассмотренная схема декомпозиции называется непрерывной.

На некоторых зарубежных заводах применяются декомпозеры периодического действия. Непрерывная декомпозиция имеет определенные преимущества перед периодической, основные из которых - более простое обслуживание декомпозеров и повышение их производительности за счет ликвидации операции периодической загрузки и разгрузки, а также более легкая автоматизация процесса. Существенный недостаток непрерывной декомпозиции состоит в том, что исходный алюминатный раствор, поступающий в головной декомпозер, смешивается в нем с раствором, который частично уже разложился и имеет более высокий каустический модуль. Это снижает скорость разложения раствора.

Устройство декомпозеров

По конструкции различают декомпозеры с механическим и воздушным перемешиванием. Декомпозер с механическим перемешиванием (рисунок 2) представляет собой стальной бак высотой и диаметром 8 м, внутри которого вращается цепная мешалка со скоростью 8--10 об/мин. Такая мешалка состоит из вертикального пала с лопастями, на которых свободно подвешены цепи с волокушами. Декомпозиция осуществляется в серии (10--11 шт.) декомпозеров, каскадно-расположенных и соединенных между собой сифонами.

Рис. 2. Схема декомпозера с механическим перемешиванием

1 - сифон; 2 - стальной бак; 3 - цепная мешалка.

Декомпозер с воздушным перемешиванием (рисунок 3) представляет собой стальной бак с коническим дном. На отечественных заводах применяются декомпозеры с воздушным перемешиванием емкостью от 1000 до 2800 м3. Декомпозер емкостью 1800 м³ имеет диаметр 9 м, общую высоту 33,5 м, высоту конусной части 8,7 м.

Для циркуляции затравки в декомпозере служит, аэролифт (воздушный подъемник), состоящий из двух труб, вставленных одна в другую. По внутренней трубе в коническую часть декомпозера, где оседающий гидроксид алюминия стекает к вершине конуса, подается сжатый воздух, который, выходя из трубы, образует воздушно-пылевую смесь. Имея меньшую плотность, чем пульпа, эта смесь поднимается по внешней трубе и выходит через верхний открытый конец.

гидроксид алюминий раствор декомпозиция

Рисунок 3. Схема декомпозера с воздушным перемешиванием: 1 - стальной бак; 2 - аэролифт для перемешивания; 3 - транспортный аэролифт; 4 и 5 - водяные рубашки; 6 и 7 - воздушные трубы; 8 - натяжная труба.

Для циркуляции затравки в декомпозере служит, аэролифт (воздушный подъемник), состоящий из двух труб, вставленных одна в другую. По внутренней трубе в коническую часть декомпозера, где оседающий гидроксид алюминия стекает к вершине конуса, подается сжатый воздух, который, выходя из трубы, образует воздушно-пылевую смесь. Имея меньшую плотность, чем пульпа, эта смесь поднимается по внешней трубе и выходит через верхний открытый конец.

Аэролифт устанавливают таким образом, чтобы верхний срез его находился на расстоянии 400--500 мм от крышки декомпозера, а нижний заходил в его конусную часть. Аэролифт может быть закрыт сверху съемной крышкой. В этом случае в верхней части аэролифта предусматривается распределитель, состоящий из отводов, врезанных в трубу аэролифта, и распределяющих поднимающуюся пульпу по всему сечению декомпозера. Верхний конец внутренней (воздушной) трубы аэролифта соединен с коллектором сжатого воздуха, а нижний не доходит до нижнего среза аэролифта. Необходимое давление воздуха зависит от высоты декомпозера и плотности пульпы и составляет 0,5--0,6 MПa.

Кроме циркуляционного аэролифта, имеется транспортный аэролифт, с помощью которого осуществляется перетек пульпы из одного декомпозера в другой. Расход сжатого воздуха на перемешивающий и транспортный аэролифты 0,2--0,5 м³ на 1 м³ пульпы. Чтобы сократить расход сжатого воздуха, вместо транспортного аэролифта применяют переток пульпы между декомпозерами самотеком по желобам, для чего устанавливают в батарее декомпозеры разной высоты. С этой же целью для декомпозеров одинаковой высоты применяют совмещение перемешивающего и транспортного аэролифтов с желобами между декомпозерами.

Аэролифт для перемешивания, а часто и транспортный аэролифт имеют “водяную рубашку” в виде трубы, надетую на внешнюю трубу аэролифта. В кольцевом пространстве между трубами циркулирует охлаждающая вода.

После контрольной фильтрации алюминатный раствор имеет температуру до 100 єС. Для охлаждения его до температуры начала декомпозиции применяются пластинчатые теплообменники, вакуум-охладительные установки и скруббер-охладители. Плотность частиц гидроксида алюминия, содержание твердого в одном литре пульпы для каждого декомпозера, плотность пульпы. С учетом конкретных условии для каждого предприятия устанавливают нормативы удельного расхода воздуха и охлаждающей воды, затравочного отношения, степени разложения алюминатного раствора и удельной производительности декомпозеров.

Под удельной производительностью декомпозеров понимают количество оксида алюминия в килограммах (в пересчете на глинозем), получаемого за сутки рабочего времени с 1 м³ объема декомпозеров. Эту величину обычно называют удельным съемом глинозема при декомпозиции.

В зависимости от условий декомпозиции (степени разложения раствора, затравочного отношения, продолжительности процесса и др.) удельный съем глинозема на большинстве заводов составляет 15--20 кг/м³*сут). Широко применяют автоматическое управление декомпозицией, состоящее в стабилизации давления воздуха, поступающего в аэролифты, и температуры алюминатного раствора перед головными декомпозерами, поддержании соотношения потоков алюминатного раствора и затравочной пульпы (автоматическая дозировка затравки), а также уровня пульпы в декомпозерах.

В процессе работы стенки декомпозеров, особенно конусной части, постепенно зарастают осадком гидроксида алюминия. Для очистки от осадков декомпозеры промывают оборотным щелочным раствором, в котором гидроксид алюминия растворяется. Более интенсивно зарастают головные декомпозеры, которые приходится чистить примерно два раза в год, остальные декомпозеры чистят реже - один раз каждые 1--2 года.

1.4 Отделение гидроксида алюминия от маточного раствора. Оборудование

Для отделения гидроксида алюминия (в заводской практике его обычно называют гидратом) от маточного раствора на ряде заводов применяли схему сгущения и методической промывки в системе сгустителей чашевого типа, аналогичную схеме сгущения и промывки красного шлама. Однако сравнительно крупные размеры частиц и хорошая фильтруемость гидроксида алюминия позволяют применять для его отделения от маточного раствора и промывки более простые аппараты - гидросепараторы, а также фильтры.

Рисунок 4. Схема сгущения и промывки гидроксида алюминия:

1 - гидросепаратор; 2 - сгуститель; 3 - вакуум-фильтры; 4 - мешалки.

На рисунке 4 показана примерная схема отделения гидроксида алюминия от маточного раствора. Пульпа из хвостового декомпозера поступает в гидросепаратор 1, где происходит сгущение более крупных частиц гидроксида. Слив гидросепараторов проходит повторное сгущение в сгустителе 2. Сгущенный гидроксид из конусов гидросепаратора и сгустителя фильтруется на барабанных фильтрах 3. Затравочный гидроксид фильтруется в одну стадию, после чего смешивается с охлажденным алюминатным раствором и возвращается на декомпозицию. Продукционный гидроксид после основной фильтрации подвергается двукратной методической промывке на двух барабанных вакуум-фильтрах с промежуточной репульпацией. Перед первой промывкой осадок гидроксида репульпируется фильтратом второй промывки, а перед второй промывкой - горячей водой. Фильтрат основной фильтрации продукционного гидроксида, а также фильтрат с фильтров затравочного гидроксида направляются в сгуститель для дополнительного осветления.

Слив сгустителя (маточный раствор) содержит 2--3 г/л взвешенных частиц гидроксида алюминия. Для отделения этих частиц он обычно фильтруется на листовых фильтрах (контрольная фильтрация), после чего направляется на выпарку. Фильтрат первопромывки после контрольной фильтрации также направляется на выпарку или на разбавление автоклавной пульпы.

В рассмотренной нами схеме полученный при декомпозиции гидроксид алюминия проходит предварительную классификацию в гидросепараторах. Часть нижнего продукта гидросепараторов (крупная фракция) используется в качестве продукционного гидроксида. Остальная часть крупной фракции, а также вся мелкая фракция (верхний продукт гидросепараторов) после сгущения и промывки возвращаются на декомпозицию в качестве затравки. Предварительная классификация позволяет улучшить качество получаемого глинозема по крупности и использовать в качестве затравки более мелкий гидроксид алюминия, обладающий большей удельной поверхностью. Классификация гидроксида обязательна при получении глинозема песчаного типа и проводится в гидросепараторах в две или более стадий.

Для отделения гидроксида алюминия от маточного раствора получила применение также схема без предварительной классификации пульпы и ее сгущения. При декомпозиции с высоким затравочным отношением, когда из хвостовых декомпозеров отбирается пульпа, содержащая твердого до 500--600 г/л. Такая схема является целесообразной. Из хвостовых декомпозеров пульпа самотеком поступает на дисковые фильтры, где происходит первая фильтрация как затравочного, так и продукционного гидроксида алюминия. Для обеспечения равномерного питания дисковых фильтров уровень пульпы в хвостовых декомпозерах должен поддерживаться постоянным. Затравочный гидроксид репульпируется охлажденным алюминатным раствором и перекачивается в головные декомпозеры. Продукционный гидроксид репульпируется промводой второй фильтрации, после чего фильтруется и промывается повторно на барабанных вакуум-фильтрах (вторая фильтрация) .

Оборудование для отделения гидроксида алюминия от маточного раствора - сгустители. Для сгущения гидроксида алюминия применяют одно-, двух- и трехкамерные сгустители специального типа, предназначенные для отделения сильно уплотняющихся взвесей. В отличие от сгустителей красного шлама они характеризуются большим уклоном днищ и диафрагм (20°), а также более высокой скоростью вращения гребкового вала (30 об/ч). Скорость слива в сгустителях, работающих совместно с гидросепараторами, составляет 0,25--0,4 м³/ч на 1 м² площади слива.

Гидросепаратор (рисунок 5) представляет собой бак с коническим дном. В верхней части аппарат имеет успокоительный стакан, куда подается исходная пульпа, и желоб для слива; в нижней част--устройство для выгрузки сгущенного гидроксида. Принцип работы гидросепаратора тот же, что и сгустителя, но скорость подачи пульпы в гидросепаратор регулируется таким образом, что успевают оседать только крупные частицы гидроксида, а более мелкие уходят с маточным раствором в слив.

В отличие от сгустителя гидросепаратор не имеет перегребающего устройства, а осаждающийся гидроксид перемещается в нижнюю часть конуса под действием собственного носа, для чего наклон образующих конуса достаточно большой (70є). Размеры применяющихся гидросепараторов: диаметр (D) 6-10 м, общая высота (1,7 - 1,9) D , высота цилиндрической части(0,3 - 0,5) D.

Скорость слива в гидросепараторе 1,5-3 м3/ч на 1 м2 площади слива.

Рисунок 5. Гидросепаратор

1 -- успокоительный стакан; 2 -- желоб для слива; 3 - устройство для выгрузки гидроксида алюминия

Барабанный вакуум-фильтр (рисунок 6). Горизонтальный барабан 4 опирается цапфами на подшипники 3. Нижняя часть барабана погружена в корыто 5, куда поступает фильтруемая пульпа.

Для поддержания во взмученном состоянии пульпа в корыте перемешивается мешалкой или сжатым воздухом, который подается под давлением 0,12--0,13 МПа через трубку с отверстиями. Барабан радиальными перегородками разделен па несколько ячеек, каждая из которых покрыта металлической сеткой. Поверх сетки барабан обтянут фильтрующей тканью или тонкой металлической сеткой. Барабан приводится во вращение от электродвигателя через редуктор 2.

С помощью распределительной головки 1 ячейки барабана при его вращении последовательно соединяются с линией вакуума и с линией сжатого воздуха. Каждая ячейка при вращении барабана проходит зону фильтрации (в корыте), сутки, промывки, отдувки. В зоне фильтрации под влиянием вакуума внутри барабана жидкая фаза пульпы (фильтрат) проходит через фильтровальную ткань, а гидроксид алюминия задерживается на ее поверхности. Далее осадок гидроксида просушивается воздухом, который через него просасывается. Для промывки осадка через него просасывается вода, которая подается на барабан брызгалами.

Осадок с барабана разгружается (снимается) ножом, установленным на продольной стенке корыта. При переходе ячеек барабана в зону разгрузки они отключаются от линии вакуума и присоединяются к линии сжатого воздуха, что необходимо для отдувки осадка и прочистки пор фильтровальной ткани.

Рисунок 6. Барабанный вакуум-фильтр 1 -- распределительная головка; 2 -- редуктор; 3 - подшипник; 4 - барабан; 5 - корыто

Для фильтрации и промывки гидроксида алюминия на отечественных заводах применяются барабанные вакуум фильтры с фильтрующей поверхностью от 10 до 80 м². Фильтр с поверхностью фильтрации 40 м² (БОУ-40) имеет барабан диаметром 3 м и длиной 4,4 м. Скорость вращения барабана можно изменять от 0,09 до 1,3 об/мин.

Дисковый фильтр (рисунок 7). На горизонтально расположенном валу 1 закреплены диски 2, которые частично погружены в корыто 3 с фильтруемой пульпой. Каждый диск состоит из двенадцати разобщенных секторов, обтянутых фильтровальной тканью.

Внутренние полости секторов соединены с двенадцатью каналами, выполненными внутри вала. К торцам вала прижаты распределительные головки 6, которые состоят из камер, соединенных с линиями вакуума и сжатого воздуха.

Для поддержания твердой фазы фильтруемой пульпы во взвешенном состоянии в корыте под дисками установлена мешалка. Постоянный уровень пульпы в корыте поддерживается с помощью переливного желоба. Вал с дисками приводится во вращение от привода 5. При вращении секторы дисков последовательно соединяются через камеры распределительных головок с линиями вакуума и сжатого воздуха, проходя зоны фильтрации, сушки и отдувки осадка. Промывка осадка на дисковом фильтре не предусмотрена.

На отечественных заводах применяются дисковые фильтры с поверхностью фильтрации 100--250 м² Дисковый фильтр с фильтрующей поверхностью 100 м² имеет двенадцать дисков диаметром 2,5 м. Скорость вращения дисков 0,22--0,98 об/мин.

Рисунок 7. Дисковый фильтр:

1 -- вал; 2 -- диски; 3 -- корыто; 4 -- нож; 5 - привод; 6 -- распределительная головка

Схема установки вакуум-фильтра показана на рисунке 8. Вакуумнасос создает во всей системе необходимое разрежение. Отфильтрованный раствор (фильтрат) поступает из фильтра в ресивер. Вместе с фильтратом в ресивер попадает некоторое количество воздуха, а также пара, образующегося в результате испарения раствора. В ресивере, представляющем собой полый сосуд, фильтрат отделяется от паровоздушной смеси. Фильтрат выводится из ресивера через нижний штуцер; пар и воздух отсасываются через верхний штуцер и далее поступают в барометрический конденсатор смешения, где происходит конденсация водяных паров.

Барометрический конденсатор представляет собой цилиндрический сосуд, внутри которого расположены горизонтальные полки с отверстиями. Паровоздушная смесь поступает в конденсатор снизу и движется вверх навстречу охлаждающей воде, которая стекает по полкам. Пары при этом конденсируются, образующийся конденсат вместе с охлаждающей водой выводится из конденсатора. Воздух отсасывается из конденсатора сверху, проходит через ловушку, где улавливаются капли увлеченной жидкости, и выбрасывается в атмосферу. Между ресивером и конденсатором также установлена ловушка, которая необходима для улавливания капель фильтрата, увлеченных паровоздушной смесью. Чтобы из конденсатора охлаждающая вода удалялась самотеком по барометрической трубе, должно, выполняться неравенство.

Р1+Р2> >Р

где Р1 -- остаточное давление в парометрическом конденсаторе; Р2 -- давление столба воды в барометрической трубе; Р--атмосферное давление. Поэтому конденсаторы следует располагать на барометрической высоте, т. е. на высоте не менее 10,3 м.

Рисунок 8. Схема установки ваккумфильтра

1 -- фильтр; 2 -- ресивер (ваккумкотел); 3 -- барометрический конденсатор, 4 -- ловушки; 5 -- вакуум-насос; 6 -- воздуходувка; 7 -- гидравлический затвор

Так как атмосферное давление соответствует давлению водяного столба высотой 10,3 м, то при расположении конденсатора на такой высоте вода удаляется самотеком при любой величине вакуума в системе. Для предупреждения подсоса воздуха через барометрическую трубу она погружена в гидравлический затвор. При фильтрации пульпы, температура которой не превышает 60 °С, количество образующегося пара невелико, и установка может работать без барометрического конденсатора.

Вакуум-фильтр и ресивер часто также устанавливают на барометрической высоте, что позволяет отводить фильтрат из ресивера самотеком. Если высота здания этого сделать не позволяет, то фильтрат отсасывают из ресивера насосом. Сжатый воздух, необходимый для отдувки осадка и регенерации фильтрующей ткани, подается воздуходувкой.

1.5 Качество гидроксида алюминия

Продукционный гидроксид алюминия всегда содержит примеси SiO₂, Fe₂O₃, щелочи и др. Содержание этих примесей зависит от чистоты поступающего на декомпозицию алюминатного раствора и качества отмывки гидроксида от маточного раствора.

Кремнезем присутствует в гидроксиде в основном в виде натриевого алюмосиликата, который выпадает в осадок из раствора при его разложении. Оксид железа, содержащийся и алюминатном растворе в количестве 0,01--0,015 г/л, при декомпозиции практически целиком переходит в гидроксид алюминия.

Различают нерастворимую и растворимую щелочь в гидроксиде алюминия. Нерастворимая щелочь находится в гидроксиде в основном в виде натриевого алюмосиликата, растворимая -- в виде растворимых в воде соединении NaAlO₂ и NaOН. Растворимую щелочь в свою очередь можно подразделить на неотмываемую и отмываемую. Неотмываемая щелочь находится в пространствах между сросшимися кристаллами гидроксида. Общее содержании щелочи (Na₂О+К₂О) в пересчете на прокаленный глинозем составляет в обычном гидроксиде 0,3--0,5%; наибольшая доля этого количества приходится на неотмываемую щелочь. Содержание oтмываемой щелочи зависит от качества отмывки и обычно составляет 0,08 0,12 %.

2. Решение задачи

Определить затравочное отношение (з.о.) при декомпозиции, если суточный поток алюминатного раствора составляет 2500 м³, затравочной пульпы 1000 м³. Концентрация Al₂O₃ в алюминатном растворе 130 г/дм³, содержание твердого в затравочной пульпе 750 г/дм³ (потерями гидроксида с маточным раствором при фильтрации можно пренебречь).

Решение

Находим массу Al₂O₃ в растворе и массу Al(OH)₃ в пульпе

130*1000*2500 = 3,25*10⁸ г Al₂O₃ в растворе.

750*1000*1000 = 7,5*10⁸ г Al(OH)₃ в пульпе.

2Al(OH)₃ => Al₂O₃ + 3H₂O

Находим содержание Al₂O₃ в гидроксиде алюминия

Определяем массу глинозема в пульпе

Считаем затравочное отношение

Ответ: затравочное отношение составляет 1,42

Размещено на Allbest.ru