Установка для переработки алюминатных растворов
Использование: цветная металлургия, производство глинозема из бокситов. Технический результат: укрупнение кристаллов карбонатной соды и улучшение отделения их от раствора при его концентрировании. Сущность полезной модели: Установка для переработки алюминатных растворов, включает ряд ступеней выпаривания, последняя по ходу раствора из которых снабжена циркуляционным контуром и сообщена с отстойником, имеющим патрубок отвода сгущенной пульпы, соединенный с фильтром. Новым в установке является то, что патрубок для отвода сгущенной пульпы отстойника сообщен с последней ступенью, снабженной циркуляционным насосом. 2 илл.
Полезная модель относится к цветной металлургии и может быть использована в производстве глинозема из бокситов с целью концентрирования алюминатных растворов и удаления карбонатной соды, накапливающейся в процессе.
При получении глинозема путем гидрохимической переработки бокситов одной из главных задач является выведение из процесса примеси карбонатной соды, приносимой с сырьем. Выведение карбонатной соды происходит при выпаривании на выпарных батареях в результате кристаллизации с последующим отделением кристаллов от раствора на установках для переработки алюминатных растворов. При этом в случае выделения карбонатов из раствора в виде мелких кристаллов, плохо отделяемых при фильтрации, в отфильтрованном осадке соды содержится большое количество раствора. Для исключения потерь раствора приходится дополнительно промывать осадок соды на фильтрах, а промывные воды снова концентрировать на выпарных батареях, что требует дополнительных затрат пара. Поэтому при переработке алюминатных растворов важно получать карбонатную соду в виде крупнокристаллического, хорошо фильтрующегося осадка.
Известна установка для выделения содовых осадков из алюминатных растворов (по авт. свид. СССР №1346582 МПК C 01 F 7/04, 1987 г.), включающая выпарную батарею для упаривания растворов до концентрации 250-320 г/л Na2О по каустической щелочи, контактный теплообменник для подогрева упаренного раствора, соединенный с трубопроводом пара ТЭЦ на батарею и самоиспаритель нагретого раствора. Подогрев упаренного раствора ведут в контактном теплообменнике перегретым паром ТЭЦ путем его подачи на поверхность раствора.
Известная установка, в результате контактного подогрева в теплообменнике упаренного раствора перегретым паром, позволяет устранить инкрустации
теплообменных поверхностей оборудования содой и за счет этого увеличить непрерывность работы выпарной батареи.
Недостатком известной установки является, разбавление упаренного раствора, вызванное необходимостью его подогрева перегретым паром в контактном теплообменнике. Поэтому для получения раствора с концентрацией, обеспечивающей полное выделение карбонатной соды и дальнейшее использование раствора в технологии получения глинозема, алюминатный раствор необходимо дополнительно перепаривать на выпарной батарее, что ведет к увеличению энергозатрат.
Другой недостаток известной установки состоит в том, что получаемые на выпарной батарее кристаллы карбонатной соды имеют малые размеры, недостаточные для удовлетворительного отделения кристаллов от раствора на фильтрах, что требует дополнительной обработки раствора.
Известна также выпарная батарея для упаривания растворов в глиноземном производстве (Болотов А.А., Фомин Э.С. и др. Совершенствование упаривания растворов в глиноземном производстве. Цветные металлы, №5, 1975 г., с.36-37), состоящая из многокорпусной противоточной выпарной батареи, подогревателя упаренного раствора, обогреваемого паром ТЭЦ и системы охлаждения из четырех последовательно соединенных по раствору самоиспарителей-кристаллизаторов, соединенных по пару с корпусами выпарной батареи.
В этой батарее исходный алюминатный раствор сначала выпаривают до концентрации 240-250 г/л Nа2Oкауст , т.е. до начала кристаллизации карбонатной соды. Затем в подогревателях этот частично упаренный раствор подогревают паром ТЭЦ до 140-150°С и подвергают ступенчатому испарению в четырех последовательно соединенных самоиспарителях-кристаллизаторах, где концентрация алюминатного раствора повышается до 290-300 г/л Nа 2Oкауст и происходит кристаллизация карбонатной соды. Для улучшения работы в первый из четырех самоиспарителей подведен трубопровод подачи содовой пульпы, вводимой в качестве затравки на стадию кристаллизации соды, с увеличением ее концентрации в самоиспарителях до 100-120 г/л (Болотов А.А., Величутина В.П. и др. Осаждение соды из оборотных растворов после двухстадийной схемы выпаривания. Труды ВАМИ, №94. Производство глинозема. - Л., 1976 г. - с.28-31).
В данной батарее осуществлен вынос процесса кристаллизации соды из выпарных аппаратов в самоиспарители, что ведет к исключению выделения соды на теплообменных поверхностях. Кристаллизация соды, происходит постепенно в четырех самоиспарителях-кристаллизаторах при концентрировании раствора от 240-250 г/л до 290-300 г/л по Nа2Окауст., и сопровождается возрастанием концентрации твердой фазы в них с 50-90 г/л до 100-120 г/л или в 1,5-2 раза. При этом увеличивается межпромывочный период работы и производительность выпарной батареи, снижается расход пара. Кроме того, ввод в самоиспарители затравки в виде соды существенно замедляет инкрустацию стенок самоиспарителей.
Недостаток известной установки состоит в том, что наряду с выпарной батареей необходима батарея, состоящая из четырех самоиспарителей, представляющая собой, по сути, вторую батарею. Это усложняет аппаратурное оформление установки Это ведет к увеличению металлоемкости, требует дополнительных производственных площадей для размещения оборудования, усложняет процесс и снижает надежность работы установки в целом.
Другим недостатком известной установки является высокий общий расход пара на выпаривание алюминатного раствора (в выпарных аппаратах) и на выделение карбонатной соды (в самоиспарителях), в том числе и на подогрев раствора перед системой самоиспарителей (в подогревателе). Расход пара при этом равен 0,37-0,39 т пара на тонну выпаренной воды, тогда как на обычной четырехкорпусной выпарной батарее (при упаривании раствора вместе с кристаллизацией соды) расход пара равен 0,33-0,34 т/т.
Кроме того, недостаток известной установки состоит в получении мелкокристаллической карбонатной соды, в результате чего не удается полностью отделить раствор от кристаллов. Поэтому отделенный от раствора осадок соды промывают водой, которую приходится упаривать, что требует дополнительных энергозатрат.
Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является установка переработки алюминатных растворов, описанная в Технологической инструкции производства глинозема на Уральском алюминиевом заводе, ТИ 48-0101-01-07-94, введенной в действие с 01.01.1994, - с.65-70. Аналогичная установка переработки алюминатных растворов описана в Технологическом
регламенте получения глинозема на Богословском алюминиевом заводе, ТИ-БАЗ-10-01-95, введенном в действие с 01.01.1995.
Эта установка принята в качестве прототипа.
Известная установка для переработки алюминатных растворов (см. фиг.1) включает ряд ступеней выпаривания (А-Б), по которым последовательно проходит упариваемый раствор. Последняя ступень по ходу раствора (Б) снабжена циркуляционным контуром (В) и сообщена с отстойником (Г), имеющим патрубок (Д) отвода сгущенной пульпы, соединенный с фильтром (Е).
Исходный алюминатный раствор поступает для выпаривания на выпарную батарею (А-Б), последовательно проходя по корпусам со ступени на ступень. Упаривание алюминатного раствора осуществляется от 140-150 г/л до 290-300 г/л по Nа2О кауст. Кристаллизация карбонатной соды происходит на заключительной стадии выпаривания - на последней ступени концентрирования (Б), снабженной циркуляционным контуром (В), при температуре 100-115°С. Упаренный раствор, содержащий 50-90 г/л кристаллической карбонатной соды, с заключительной стадии выпаривания (Б) выпарной батареи по трубопроводу подается в отстойник (Г), в котором происходит разделение кристаллов и раствора. Осветленный раствор (Ж) сливается через верх отстойника (Г) и подается на выщелачивание бокситов. В этом растворе содержание кристаллической соды минимально и не превышает до 3-5 г/л. Основная масса кристаллов карбонатной соды из упаренного раствора отводится из отстойника (Г) в виде сгущенной пульпы (Д) на фильтр (Е) для фильтрации. При фильтрации происходит отделение карбонатной соды от алюминатного раствора. Однако, ввиду малого размера кристаллов соды, в отфильтрованном осадке содержится большое количество раствора (влажность осадка, т.е. содержание в нем раствора, составляет 25-30%). Для более полного отделения раствора осадок соды промывают водой, которую возвращают на выпаривание, а осадок соды выводят из процесса.
Данная установка в аппаратурном оформлении значительно проще, чем предыдущие. При ее эксплуатации энергозатраты на выпаривание и выделение соды меньше, чем для ранее описанных, а отделение соды от раствора происходит также.
Недостатком установки-прототипа является получение мелкокристаллической карбонатной соды, средний размер которой равен 100-110 мкм. Вследствие этого затруднено разделение раствора и кристаллов. В осветленном растворе наблюдается повышенное содержание мелких кристаллов
соды, а в отфильтрованном осадке - высокое содержание алюминатного раствора.
Другой недостаток установки-прототипа состоит в высоких энергозатратах на выпаривание алюминатного раствора в результате упаривания промывных вод, образующихся при промывке осадка соды водой.
Кроме того, недостатком прототипа являются большие потери алюминатного раствора с осадком соды, выводимым из процесса. Это вызвано малыми размерами кристаллов соды и высокой влажностью осадка.
Анализ указанных недостатков стимулировал поиск новых технических решений.
Предложено устройство, при эксплуатации которого будет достигнут необходимый технический результат - укрупнение кристаллов карбонатной соды и улучшение отделения их от раствора, а также снижение энергетических затрат и потерь алюминатного раствора.
Заявляемая установка, как и прототип, включает ряд ступеней выпаривания, последняя по ходу раствора из которых снабжена циркуляционным контуром и сообщена с отстойником, имеющим патрубок для отвода сгущенной пульпы, соединенный с фильтром, согласно полезной модели, отличается тем, что патрубок для отвода сгущенной пульпы сообщен с последней ступенью выпаривания, при этом последняя ступень выпаривания снабжена циркуляционным насосом.
Отличие заявляемой установки от известной (Болотов А.А. и др.) заключается в следующем. Соединение патрубка для отвода сгущенной пульпы отстойника с последней ступенью выпаривания, как предлагается в заявляемом техническом решении, позволяет подать затравку в аппарат, в котором происходит заключительная стадия выпаривания и кристаллизация соды, тогда как в известной установке затравка подается только на стадию кристаллизации, которая разделена со стадией заключительного концентрирования раствора. При этом в заявленной установке концентрация каустика в аппарате, в который подается затравка, составляет 290-300 г/л, т.е. равна концентрации продукционного раствора. В известной же установке концентрация каустика в самоиспарителях, в которые подается затравка, существенно меньше и
составляет 250-260 г/л. Кроме того, отличие заявленной установки от известной состоит в том, что при работе концентрация кристаллической фазы, которую поддерживают на стадии кристаллизации соды, составляет 250-400 г/л в заявленной и 100-120 г/л в известной установке. При этом для циркуляции твердой фазы в аппарате для заключительной стадии выпаривания используется циркуляционный насос.Вследствие этого отличаются и достигаемые результаты: укрупнение кристаллов в заявленной установке и снижение обрастания стенок самоиспарителей при получении мелких кристаллов в известной установке. Таким образом, заявленная установка отличается от известной как по свойствам, так и по достигаемому результату.
Заявляемая установка отвечает всем критериям патентоспособности. Она является новой, т.к. из уровня техники не известны решения с такой же совокупностью отличительных признаков, о чем свидетельствует приведенный выше анализ аналогов заявляемого технического решения.
Полезная модель промышленно применима, она может быть использована в промышленности в производстве глинозема. Все признаки, входящие в совокупность существенных, выполнимы и воспроизводимы и, для достижения ожидаемого технического результата, используются в полном объеме.
Пример конкретного выполнения предложенного устройства иллюстрируется чертежами, где на фиг.2 схематически изображена заявляемая установка для переработки алюминатных растворов.
Данная установка представляет собой многоступенчатую выпарную батарею, включающую выпарные аппараты 1 для предварительного концентрирования алюминатного раствора и выпарной аппарат 2 для окончательного концентрирования, имеющий циркуляционный контур 3 и оснащенный циркуляционным насосом 4. Выпарная батарея сообщена трубопроводом 5 с отстойником 6. Патрубок отвода сгущенной пульпы из отстойника 7 направлен к фильтру 8. Этот патрубок соединен трубопроводом 9 с циркуляционным контуром 3 выпарного аппарата 2 для окончательного концентрирования раствора. Осветленный раствор из отстойника 6 вместе с отфильтрованным раствором отводится по трубопроводу 10.
Установка работает следующим образом. Исходный алюминатный раствор с концентрацией Nа 2Oкауст 140-150 г/л поступает для концентрирования в многоступенчатую выпарную батарею (1-2), последовательно проходя по корпусам. В первых корпусах батареи - выпарных аппаратах 1 происходит предварительное упаривание раствора до концентрации 240-250 г/л по Nа2Oкауст . Далее раствор поступает в последнюю ступень выпаривания - выпарной аппарат 2, где происходит окончательное концентрирование раствора до концентрации 290-300 г/л по Nа2O кауст при температуре 100-120°С. Причем упаривание в аппарате 2 ведут при непрерывной циркуляции раствора в его циркуляционном контуре 3 со скоростью 1,5-2,5 м/с. Этого достигают, оснастив выпарной аппарат 2 циркуляционным насосом 4. На заключительной стадии выпаривания - в выпарном аппарате 2 происходит также кристаллизация содержащейся в растворе карбонатной соды. На эту ступень - в выпарной аппарат 2 по трубопроводу 9 подают сгущенную пульпу из отстойника 6. Регулирование и измерение потока сгущенной пульпы, подаваемого в аппарат 2, в случае необходимости, осуществляют при помощи арматуры и расходомера
Упаренный раствор из выпарного аппарата 2 отводят по трубопроводу 5 в отстойник 6 для отстаивания. В отстойнике 6 получают осветленный раствор, выводимый посредством слива из верхней части по трубопроводу 10, и сгущенную пульпу. Часть сгущенной пульпы из нижней части отстойника 6 отводится через патрубок 7 на фильтр 8, а другую ее часть по трубопроводу 9 возвращают на заключительную стадию выпаривания - в выпарной аппарат 2.
Таким образом, сущность заявленного технического решения заключается в том, что часть сгущенной в отстойнике 6 пульпы, содержащей соду, т.е. практически готового продукта выпарной батареи, возвращают обратно, по трубопроводу 9, на заключительную стадию выпаривания и кристаллизации - в выпарной аппарат 2. При этом сгущенную пульпу, имеющую высокое содержание твердой фазы, заставляют циркулировать вместе с упариваемым раствором по циркулирующему контуру 3 при помощи циркуляционного насоса 4.
В заявленном устройстве сгущенная содовая пульпа (играющая роль затравки) по трубопроводу 9 подается на заключительную стадию выпаривания - в выпарной аппарат 2, в котором происходит и кристаллизация соды. То есть в предложенной установке стадии заключительного выпаривания и кристаллизации соды совмещены и происходят одновременно в одном выпарном аппарате, оснащенном циркуляционным контуром 3 при помощи циркуляционного насоса 4 в
присутствии затравки, подаваемой в аппарат по трубопроводу 9. В этом аппарате производится конечное концентрирование алюминатного раствора от 240-250 г/л до 290-300 г/л по Nа2 Oкауст. Таким образом, в заявляемой установке концентрирование раствора вместе с кристаллизацией соды осуществляется единовременно, в отличие от постепенного в прототипе. При этом в заявленной установке при единовременном концентрировании раствора и кристаллизации соды концентрация твердой фазы составляет 250-400 г/л, что в 3-8 раз больше, чем без ввода затравки. В результате ввода затравки в аппарат 2 и ее циркуляции в циркуляционном контуре 3 посредством циркуляционного насоса 4 происходит увеличение размеров кристаллов соды, благодаря чему значительно улучшается разделение соды и раствора.
Применение заявленной установки переработки алюминатных растворов позволило увеличить средний размер кристаллов до 150-160 мкм, в то время как в способе-прототипе средний размер кристаллов составляет 100-110 мкм, т.е. размеры кристаллов возросли в 1,5 раза. Укрупнение кристаллов соды привело к снижению влажности отфильтрованного осадка до 18-20%, тогда как в прототипе влажность осадка составляет 25-30%. Вследствие этого снизился расход промывных вод для отмывки осадка соды от раствора, что позволило уменьшить расход пара на выпаривание на 5-7%.
Установка для переработки алюминатных растворов, содержащая ряд ступеней выпаривания, последняя по ходу раствора из которых снабжена циркуляционным контуром и сообщена с отстойником, имеющим патрубок отвода сгущенной пульпы, соединенный с фильтром, отличающаяся тем, что патрубок для отвода сгущенной пульпы отстойника сообщен с последней ступенью выпаривания, при этом последняя ступень выпаривания снабжена циркуляционным насосом.
