Декомпозиция алюминатного раствора (разложение алюминатного раствора выкручиванием) и выпаривание маточного раствора

Отделенный от шлама раствор подают на декомпозицию - процесс, в ходе которого происходит выделение кристаллического А1(ОН)_3. Для этого раствор разбавляют водой (с целью снижения концентрации NaOH) и охлаждают до 50-55°С (в трубчатых теплообменниках). В этих условиях раствор становится пересыщенным и большая часть А1(ОН)₃ выпадает в осадок. Процесс кристаллизации ускоряет­ся в результате введения в раствор затравки - мелких кристаллов А1(ОН)₃. Таким образом, алюминатные растворы подвергаются гидролизу с выделением в осадок кристаллической гидроокиси алюминия:

NaAlO₂ + 2H₂O ↔ NaOH + Al(OH)₃

Ускорение разложения алюминатных растворов может быть достигнуто механическим перемешиванием и введением затравки - свежеосажденной гидроокиси алюминия. Одновременное воздействие этих факторов (перемешивания и введения затравки) на алюминатные растворы носит название «выкручивания» (декомпозиции). Операция выкручивания - достаточно сложный процесс. Продолжительность – около 3-х суток. Она состоит из двух стадий:

- Гидролиз алюминатного раствора

- Кристаллизация гидроксида алюминия

Именно вторая стадия и ускоряется введением достаточного количества центров кристаллизации (затравки) и перемешиванием. На выкручивание оказывают влияние и другие факторы, которые в производственных условиях должны сочетаться таким образом, чтобы обеспечить возможно более высокий выход глинозема при минимальной продолжительности операции, наилучшем использовании аппаратуры и высоком качестве получаемого гидрата.

Это следующие факторы:

- Каустическое отношение алюминатного раствора (Na₂O_к/Al₂O₃)

- Температурные условия процесса

- Концентрация раствора

- Количество и качество затравки

- Характер перемешивания

- Чистота алюминатного раствора

 

Выход глинозема — это процентное отношение глинозема, выделившегося в осадок, к глинозему, содержащемуся в разлагаемом растворе.

Каустическое отношение алюминатного раствора служит показателем, по изменению которого во времени судят обычно о скорости разложения раствора.

Влияние каустического отношения (Na₂O_к/Al₂O₃). С уменьшением каустического отношения исходного алюминатного раствора выкручивание протекает более интенсивно. Сильно снижать модуль раствора нельзя, потому что разложение может начаться уже при сгущении красного шлама, что приведет к дополнительным потерям глинозема.

Влияние концентрации раствора - растворы средней концентрации являются менее стойкими и разлагаются быстрее, чем разбавленные и концентрированные растворы.

Влияние температуры. При понижении температуры процесс выкручивания значительно ускоряется: снижение температуры алюминатного раствора с 80 до 30С сильно ускоряет процесс, но при этом образуется очень мелкодисперсный гидрооксид алюминия, кроме того, при температуре ниже 30С процесс разложения снова замедляется, поэтому на практике температура процесса составляет около 45-55 С.

Влияние количества и качества затравки. Роль свежеосажденного гидроксида алюминия при выкручивании заключается в создании центров кристаллизации в массе алюминатного раствора, что ускоряет его разложение. В процессе разложения алюминатного раствора кристаллы затравки укрупняются. Количество затравки в алюминатном растворе, поступающем на выкручивание, характеризуется т. н. Затравочным числом, или затравочным отношением. Это весовое отношение Al₂O₃, содержащегося в затравке, к Al₂O₃ алюминатного раствора. На практике затравочное отношение принимают не ниже 1.

Чистота затравки.В производственных условиях с затравкой в исходный алюминатный раствор может поступить значительное количество щелочного раствора с высоким каустическим отношением (3,8), это приводит к тому, что каустическое отношение алюминатного раствора после смешивания с затравкой повышается, что замедляет процесс выкручивания, поэтому затравку предварительно тщательно отмывают от щелочного раствора.

Влияние перемешивания. Перемешивание в процессе выкручивания производят для того, чтобы, во-первых, поддержать затравку во взвешенном состоянии и обеспечить наибольшую поверхность соприкосновения ее с раствором, и, во-вторых, чтобы облегчить выравнивание концентрации раствора.

Разложение алюминатных растворов осуществляется в аппаратах, которые называются декомпозеры. Применяются декомпозеры с механическим и с воздушным перемешиванием. Продолжительность процесса кристаллизации - декомпозиции до 100 ч.

Декомпозеры с механическим перемешиванием имеют несложное устройство - это цилиндри­ческий резервуар высотой 22м и диаметром 7,5 м (вместимостью до 3000 м³), внутри которого вращается (скорость вращения 8-10 об/мин) цепная мешалка. Декомпозеры с сифонами соединяются в серии 9-10 штук. Выкручивание — непрерывный процесс. В головной декомпозер непрерывно поступает алюминатный раствор и затравка гидроксида алюминия. Из хвостовых декомпозеров отбирается полученная гидратная пульпа. Скорость перемещения алюминатного раствора регулируют так, чтобы от головного декомпозера серии до хвостового раствор проходил за 90-100 часов. По мере перемещения алюминатного раствора, каустическое отношение его повышается с 2 до 4, ж:т в пульпе уменьшается с 7:1 до 4:1. Температура в головном декомпозере = 60С и постепенно снижается до 30-40 градусов. Температурный перепад от одного декомпозера к другому 2-3С.

Итак, после процесса декомпозиции получают 2 продукта:

- твердый продукт - гидратную пульпу (А1₂О₃*3Н₂О или 2А1(ОН)₃ )

- жидкий продукт - маточный раствор.

 

Гидратная пульпа, выходящая из хвостового декомпозера, направляется в сгустители, откуда часть сгущенного гидратного шлама (50-75% от выделившегося гидроксида) идет на классификацию - пульпу разделяют на крупную и мелкую фракции – частицы разделяют по крупности во взвешенном состоянии, т.е. в потоках раствора. Для отбора частиц используют как разли­чие в скорости падения крупных и мелких частиц, так и разное их сопротивление при пересечении потоков жидкости. В результате этого в разных частях гидроциклона собираются разные по крупности частицы. Классификацию проводят в гидроциклонах.

После окончания процесса классификации мелкие частицы с основной массой раствора попадают в сгуститель, где происходит разделение твердой и жидкой фаз. После этого мелкие кристаллы гидроксида алюминия подают на барабанные вакуум-фильтры, промывают от остатков алюминатного раствора и направляют в качестве затравки обратно на декомпозицию - в головные декомпозеры в качестве затравки. А крупные кристаллы Al₂O₃ идут на дополнительную промывку в систему промывателей. Промытую крупную фракцию гидратной пульпы фильтруют в вакуумных фильтрах, после чего гидроксид алюминия поступает на завершающую операцию процесса производства глинозема - кальцинацию.

Выход глинозема при выкручивании составляет в среднем 53%.