Модернизация печей цеха спекания на базе АО «Алюминий Казахстана

Неудачу многочисленных опытов по обогащению красных шламов с выделением железосодержащего глиноземсодержащего концентратов можно, по-видимому, объяснить тем, что успешному проведению обогащению известными методами препятствует их чрезвычайно тонкодисперсная структура и покрытие тонких зерен минералов желез новообразования гидроалюмосиликата Na.

Из изложенного выше следует, что красный шлам, содержащий значительное количество глинозема и щелочей может быть использован для извлечения из него полезных компонентов. Причем условием эффективного использования красных шламов является переработка их не в форме самостоятельного производства, а в сочетании с процессом Байера.

В связи с ухудшением качества используемых бокситов (по кремниевому модулю) возрастает удельная нагрузка на передел спекания по шламу. К тому же работа печей спекания на высокожелезистом красном шламе вызывает сильное зарастание печей и козлообразование. Практика эксплуатации печей малых 4,5/5х100 и больших 5,0х100 показала, что малые печи в связи с небольшим диаметром в зоне спекания подвержены зарастанию. Это явление снижает производительность и кампанию печи. Кроме этого производительность завода увеличивается с 1,5 млн. до 1,8 млн. тонн глинозема, что требует дополнительное строительство оборудования. Известно, что мощность печей спекания определяется диаметром печи в зоне спекания. Поэтому актуально на существующих малых печах произвести реконструкцию с целью увеличения диаметра с 4,5 до 5,0 метров.

 

3.4 Выбор  и обоснование технологии и  основных технологических показателей

 

Из различных алюминиевых руд глинозем можно получать щелочными и кислотными способами вследствие наличия у него амфотерных свойств. В промышленности применяются пока только щелочные способы; чисто кислотные и кислотно-щелочные способы находятся в стадии лабораторных и полузаводских исследований.

Промышленные щелочные способы производства глинозема из бокситов, нефелинов и алунитов подразделяются на:

1) гидрохимический (способ Байера);

2) способ спекания;

3) комбинированный  способ – сочетание способа Байера со способом спекания в параллельном или последовательном варианте.

Выбор способа переработки бокситов определяется следующими основными факторами:

1) кремневым модулем;

2) содержанием Fe2O3;

3) содержанием  вредных примесей: карбонатов, сульфидов  и органических веществ 

4) минералогическим  составом сырья.

При прочих благоприятных условиях бокситы с кремневым модулем > 6-7 целесообразно перерабатывать по способу Байера, бокситы с кремневым модулем < 6 и с умеренным содержанием окиси железа (не более 20 % Fe2O3) – по последовательному варианту комбинированного способа Байер-спекание и, наконец, бокситы с модулем < 6, но с повышенным содержанием Fe2O3 – по способу спекания. Под благоприятными условиями имеется в виду малое содержание в бокситах карбонатов и сульфидов (особенно Fe2СO3 и FeS2). Из-за повышенного содержания этих примесей может оказаться невыгодным способ Байера для бокситов с кремневым модулем > 6-7 вследствие больших потерь каустической щелочи (переход ее в соду и сульфат натрия), плохого отстаивания красного шлама и загрязнения алюминатных растворов двухвалентным железом.

Способ Байера – самый дешевый и самый распространенный, однако для его существования требуются высококачественные бокситы. Способ спекания – наиболее дорогой, но более универсальный и может применяться к любому высококремнестому алюминиевому сырью. В последнее время с большим успехом применяются комбинированные щелочные способы.

Параллельный вариант используют для термической каустификации соды и компенсации потерь дорогой каустической щелочи более дешевой содой: для спекательной ветви этого варианта может применяться как высоко-качественный байеровский боксит, так и спекательный.

Последовательный вариант комбинированного способа по технико-экономическим показателям занимает первое место среди вышеперечисленных и применяется для высококремнистых бокситов для максимального извлечения из них глинозема.

Поэтому в данном дипломном проекте мною выбран именно этот способ, поскольку он наиболее эффективный, но и к тому же, бокситы, поступающие на переработку на АО «АК» с Тургайского месторождения, имеют такой состав, который возможно перерабатывать с максимальным извлечением глинозема, только по этому способу.

 

3.5 Описание  основных технологических процессов

 

Технологический процесс включает в себя: приготовление шихты, приготовление угольной пыли, спекание шихты, улавливание технологической пыли, охлаждение и транспортировка спёка.

3.5.1 Приготовление шихты. На приготовление ненасыщенной  шихты для восстановительного  спекания поступают следующие  продукты:

― красный шлам;

― боксит;

― белый шлам;

― известняк;

― сода кальцинированная  

         ― восстановитель.

Целью приготовления шихты является такой состав, который, учитывая потребности передела спекания обеспечивает наилучшие показатели при гидрохимической переработке спека. Такая посылка – потребность передела спекания, учитывается при приготовлении шихты, но не является главной – обусловлена сложностью баланса схемы Байер – спекание по щелочам и глинозему, что и требует всегда нахождения грани приемлемых условий для процесса спекания.

Красный шлам, поступающий на приготовление шихты, состоит из собственно красного шлама ветви Байера репульпированного раствором оборотной соды, выделенного из маточного раствора на выпарке. Надлежит указать, что в ветви Байера на стадии размола и выщелачивания боксита, красный шлам (точнее боксит) подвергается операциям вывода железистых песков. При этом в равной мере важным для спекания является как вывод Fe2О3, так и вывод паразитных веществ (SO3) -2 и (СО2) -2, отсекаемых из бокситов, а значит и из красного шлама, этой схемой. Для сравнения приводится фрагмент химического состава:

 

Таблица 3 - Сравнительный химический состав

	Fe2О3	SO3	СО 2
Боксит	18,0	0,65	1,93
Пески железистые	50,4	3,05	9,20

 

Схема вывода железистых песков – это принятое название схемы перечистки боксита которая обеспечивает в начале цикла Байера вывод в отвал баластных (Fe2O3) и паразитных сульфатных и карбонатных веществ. Сернистые и карбонатные соединения в процессе Байера декаустифицируют щелочь:

 

NaOH+CO2=Na2CO3

 

NaOH+SO3 = Na2SO4,

 

что не только поднимает поток оборотной соды на спекание, но и может загрязнять сульфатными веществами шихту настолько, что возникают серьезные трудности ведения процесса спекания в целом. Вывод в отвал указанных трех веществ существенно облегчает ведение процесса спекания.

Репульпация красного шлама раствором оборотной соды, вместо ранее существующей по проекту завода периодической откачки пульпы оборотной соды, выравнивает неизбежно существующие негативные для процесса спекания факторы: – в содовом растворе содержатся до 45 г/литр Na2O каустической и до 90 г/литр SO3.

Вещественный состав красного шлама:

Основные компоненты:                   Паразитные компоненты:

Na2O * А12О3 * 2 SiO2 * 2 Н2О;               Na2SO4

Al2O3*2Si02*2H2O;                                   NaCl.

NaOH;

Na2CO3; Fe2O3*3H2O; SiO2.

Необходимо подчеркнуть, что основным веществом твердой фазы красного шлама является алюмосиликат натрия

 

Na2O * Al 2О3 * 2 SiO2 * 2 Н2О

 

образующийся в ветви Байера и являющимся синтетическим нефелином.

Другие вещества - не вскрытые при выщелачивании формы глинозема А12О3 * *3Н2О и окиси кремния SiO2. Оксид железа в ветви Байера со щелочными растворами не взаимодействует и не перерождается.

Особенностью красного шлама, как исходного компонента для приготовления шихты, является очень тонкий дисперсный состав, что крайне благоприятно для размольного способа приготовления шихты - столь тонкий компонент создает хорошие предпосылки для получения однородной шихты и проведения химических реакций при спекании.

3.5.2 Дисперсность красного  шлама и шихты. Красный шлам состоит из твердой и жидкой части. Основная масса веществ красного шлама представляет собой твердую фазу выпавших в осадок в ветви Байера и нерастворимых в щелочных растворах компонентов боксита и алюмосиликата натрия.

Жидкая фаза красного шлама содержит растворенные вещества:

– алюминат натрия Na2О * Al2O3 ;

– каустическую щелочь NaOH ;

– карбонатную щелочь Na2О * СО2;

– сульфатную соль Na2О * SO3 ;

– поваренную соль NaCl.

Уровень концентрации общей щелочи в жидкой фазе красного шлама около 60 г /литр.

3.5.3 Технологические требования к красному шламу. Влага красного шлама детерминировано определяет влагу шихты. Последние технические решения в ветви Байера позволили устойчиво иметь влагу красного шлама в диапазоне 51,5-52,5 %, что обеспечивает среднюю влагу шихты около 36% и является оптимальным.

Содержание каустической щелочи в жидкой фазе красного шлама в совокупности с каустической щелочью белого шлама и оборотной содой имеет глубокое влияние на поведение шихты при спекании и качество спека. Величины допустимых значений содержания каустической щелочи в шихте будут даны ниже.

Исходное основное свойство красного шлама для схемы Байер - спекание связано с его щелочным модулем. Щелочной модуль красного шлама: Na2О=20,8%; А12О3 = 21,97%

 

αщ= 1,645 *(Na2O/Al2O3)

 

αщ = 1,645 * ( 20,8 / 21,97) = 1,56

 

В то же время известно, что печи спекания удовлетворительно работают в диапазоне щелочного модуля спека αщ=1,32-1,38.

При щелочном модуле выше 1,42-1,45 ведение процесса спекания затруднено. В этом и заключается трудность сведения баланса всей схемы – щелочной модуль красного шлама исходно выше допустимого для печей спекания, а кроме этого, ветвь спекания должна взять свежую соду для компенсации потерь щелочей всей схемой Байер - спекание. Эта нестыковка обуславливает ввод в схему приготовления шихты боксита.

3.5.4 Боксит. Боксит вводится в шихту для реализации щелочного баланса. Ввод боксита – вернее его действующего вещества Al2O3 – позволяет не только снизить щелочной модуль приготовленной шихты до приемлемого для процесса спекания уровня, но и значительно улучшить условия спекания шихты. Переработке в ветви спекания пригодны практически все виды и марки боксита, имеющиеся на заводе.

3.5.5 Белый шлам. Белый шлам передела гидрохимической переработки спека образуется по двум путям:

1) Вынос твердого с  алюминатным раствором из трубчатых  выщелачивателей при гидрохимической  переработке спека. В вынос уходит  мелкая часть спека - как правило, уровень выноса определяется  качеством спека; недопек выносится  практически целиком. Вынос образует серый шлам.

2) При выщелачивании  спека в алюминатный раствор  переходит часть окиси кремния – SiO2. Уровень растворенной окиси кремния определяется в основном качеством спека – чем ниже качество спека, тем выше доля растворенной окиси кремния. Алюминатный раствор очищают от окиси кремния автоклавным обескремниванием с выделением в кристаллическом виде той же формы алюмосиликата натрия, что и в ветви Байера

 

Na2O * Al2О3 * 2SiО2 * 2Н2О.

 

Образующаяся при автоклавном обескремнивании твердая фаза – ядро серого шлама, на который выкристаллизовывается алюмосиликат натрия и является белым шламом. Белый шлам порождает для ветви спекания две проблемы:

– паразитный циркуляционный поток – оборот белого шлама может дойти до 20 % от потока красного шлама;

– белый шлам, сгущенный в сгустителях с концентрацией твердого около 600 г/литр, когда жидкая фаза пульпы белого шлама – алюминатный раствор – откачивается на приготовление шихты.

Проблема в том, что каустический модуль жидкой фазы около 1,6, т.е. белый шлам запирает потенциальную возможность введения свежей соды. Таким образом, поток белого шлама порождается в значительной мере низким качеством спека. Реализована схема вывода серого шлама – слив трубчатых выщелачивателей немедленно подвергается фильтрации на дисковом фильтре – кек после промывки сбрасывается на шламовое поле. Трудность схемы в том, что серый шлам – это не шлам выщелачивания, а вынос части спека, этот вынос не выщелочился до конца, очень активен и практически непрерывно перерождается. Неустойчивость серого шлама вызывает захват Na2О и Al2О3 из алюминатного раствора в серый шлам, в силу чего он содержит повышенное, против отвального шлама, содержание полезных компонентов. Даже учитывая этот факт, схема вывода серого шлама запущена в работу для того, чтобы снять циркуляционную нагрузку с печей спекания и, главное изъять каустическую щелочь жидкой фазы белого шлама из шихты. В результате запуска схемы вывода серого шлама циркуляция белого шлама внутри ветви спекания снизилась в 3-5 раз.

Белый шлам закачивается в бассейны схемы усреднения шлама. Смесь красного шлама и белого шлама образует усредненный красный шлам.

3.5.6 Известняк. Известняк – действующее вещество СаСО3. Известняк Керегетасского месторождения высокого качества, как по химическому составу, так и по размолоспособности, является основным компонентом шихты. Техническое условие - содержание SiO 2 не выше 1,0 %.

3.5.7 Сода кальцинированная. Действующее вещество – Na2CO3. Служит для восполнения потерь каустической щелочи всей схемой. Техническое условие – содержание SO 3 не выше 1,0 %.