CC BY
50
Оригинальная статья / Original article УДК 669.71
DOI: http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2018-4-191-202
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ПРОЦЕССОВ СГУЩЕНИЯ И ПРОМЫВКИ КРАСНЫХ ШЛАМОВ ИЗ НИЗКОКРЕМНИСТЫХ БОКСИТОВ
© В.И. Саламатов1, О.В. Саламатов2
1 Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Восточно-Сибирский филиал ЗАО «Север Минералс», 664050, Российская Федерация, Иркутск, ул. Байкальская, 280/1.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Изучение влияния основных параметров на кинетику процессов сгущения и промывки красных шламов из низкокремнистых бокситов. МЕТОДЫ. Для исследования кинетики процесса сгущения пульп красных шламов использовалась методика контроля уровня пульпы в ходе процесса отстаивания. Исследование противо-точной промывки проводили по специально разработанной методике с учетом сорбционных свойств дисперсной фазы. Для расчета параметров процесса декантационной противоточной многофазной промывки использовались уравнения, выведенные на основе решения системы балансовых уравнений. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проведены исследования кинетики процессов сгущения и промывки красных шламов из низкокремнистых бокситов. Изучено влияние основных параметров на потери ценного растворенного вещества в ходе противоточной промывки красных шламов, формирование зон осаждения. Исследование противоточной декантационной промывки показало, что для определенной ступени промывки отмечается максимальное значение скорости осветления, соответствующее изоэлектрическому состоянию. Изоэлектрическому состоянию отвечает наименьшее влагосодержание в осадке, что определяется наименьшим развитием сольватных оболочек частиц дисперсной фазы в зоне компрессии. Показано, что явление перезарядки поверхности частиц шлама обусловливает наличие двух зон относительной устойчивости пульп. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Предложен метод расчета показателей незамкнутых схем противотока с законченным циклом многофазной промывки в сгустителях-промывателях. Установлен характер влияния расхода промывной жидкости на потери растворенного вещества с окончательно промытым осадком. Изучено влияние разбавления пульпы красных шламов на процессе формирования зон сгущения: показано, что средняя величина Р=Ж:Т в переходной зоне составляет (2.2—2.4): 1 для широкого ряда начальных значений Ро=Ж:Т, установлено, что увеличение Ро ведет к образованию более плотных осадков в зоне компрессии, показано, что наименьшая продолжительность периода коллективного осаждения дисперсных частиц отвечает изоэлектрическому состоянию пульп красных шламов (20 г/л №2Ок).
Ключевые слова: сгущение, промывка, красный шлам, декантация, изоэлектрическое состояние, ступени промывки.
Информация о статье. Дата поступления 6 марта 2018 г.; дата принятия к печати 6 апреля 2018 г.; дата онлайн-размещения 30 апреля 2018 г.
Формат цитирования. Саламатов В.И., Саламатов О.В. Исследование кинетики процессов сгущения и промывки красных шламов из низкокремнистых бокситов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 4. С. 191-202. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-4-191-202
STUDY OF THICKENING AND WASHING KINETICS OF RED MUDS FROM LOW-SILICA BAUXITES
V.I. Salamatov, O.V. Salamatov
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St.,Irkutsk, 664074, Russian Federation
ABSTRACT. The PURPOSE of the article is to study the effect of the main parameters on the kinetics of thickening and
1Саламатов Виктор Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры машиностроительных технологий и материалов; e-mail: Salamatov_52@mail.ru
Viktor I. Salamatov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Machine-Building Technologies and Materials, e-mail: Salamatov_52@mail.ru
2Саламатов Олег Викторович, директор; e-mail: auto@istu.edu Oleg V. Salamatov, Director, e-mail: auto@istu.edu
0
washing processes of red mud from low-silica bauxites. METHODS. To study the kinetics of red mud pulp thickening the control method of the pulp level was used in the settling process. The countercurrent washing was studied according to a specially developed method taking into account the sorption properties of the dispersed phase. The parameters of the decanting countercurrent multiphase washing were calculated using the equations derived on the basis of the solution of the system of balance equations. RESULTS. The thickening and washing kinetics of red muds from low-silica bauxites is studied. Consideration is given to the effect of the main parameters on the loss of valuable dissolved matter under the countercurrent washing of red muds and the formation of precipitation zones. The study of the countercurrent decantation washing has showed that a certain washing stage features the maximum value of the clarification rate corresponding to the isoelectric state. The isoelectric state corresponds to the lowest moisture content in the sediment, which is determined by the smallest development of solvate shells of particles in the dispersed phase in the compression zone. The phenomenon of charge exchange of sludge particle surface causes the presence of two zones with relative stability of pulps. CONCLUSION. A method is proposed for calculating the indices of non-closed countercurrent circuits with a complete cycle of multiphase washing in thickening-washing facilities. The nature of the effect of the flow rate of the washing liquid on the dissolved material loss with the finally washed sediment is determined. The influence of red mud pulp dilution on the formation process of condensation zones is studied: it is shown that the average value of R = L:S is (2.2 - 2.4) in the transition zone: 1 for a wide range of initial values Ro = L: S, it is determined that the increase in Ro leads to the formation of more dense precipitation in the compression zone, while the shortest duration of the period of collective precipitation of dispersed particles corresponds to the isoelectric state of red mud pulps (20 g/l №20k). Keywords: thickening, washing, red mud, decantation, isoelectric state, washing stages
Information about the article. Received March 6, 2018; accepted for publication April 6, 2018; avail-able online April 30, 2018.
For citation. Salamatov V.I., Salamatov O.V. Study of thickening and washing kinetics of red muds from low-silica bauxites. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2018, vol. 22, no. 4, pp. 191-202. (In Russian). DOI: 10.21285/1814-3520-2018-4-191 -202
Введение
Производство глинозема из алюминиевых руд является первой необходимой стадией получения алюминия [1, 2]. Способы получения глинозема из разных руд различны [3]. Самый распространенный способ производства глинозема - метод Байера. После подготовки боксита (дробление и измельчение) проводится его выщелачивание в водном растворе щелочи. Измельченный боксит загружают в автоклав и смешивают с щелочным раствором. Примерно через четыре часа в растворе получается алюминат натрия, а другие компоненты боксита образуют осадок (красный шлам). Из автоклавов пульпа поступает для дальнейшей обработки: проводят отделение алюминатного раствора от красного шлама. После отделения алюминатного раствора проводят его разложение в присутствии кристаллической гидроокиси алюминия Al(OH)3. Процесс протекает в ряде камер (8-10 штук), в результате из алюминатного раствора выделяется кристаллическая гидроокись алюминия. Полученную пульпу подвергают сгущению, фильтрации и промывке. В результате получают кристаллическую гидроокись алюминия с 34% влажности. После этого осуществляют кальцинацию. Кальцинация заключается в обезвоживании гидроокиси алюминия. Ее проводят в трубчатых вращающихся печах длиной 50-70 метров и диаметром 4 м. При 40...200° С материал высушивается, при 200...950°С из него удаляется гидратная вода и образуется безводная окись алюминия, которая прокаливается при температуре 950...1200оС. В конце печи (зоны охлаждения) температура полученного глинозема снижается до 60...70оС и его выгружают из печи. В алюминиевой промышленности красные шламы составляют большинство отходов (до 1.5 млрд. т.) [4, 5]. После обезвоживания и промывки шламы направляются в шламохранилище. Каждое из них занимает от 50 до 110 га земли высотой до 50 м. Поэтому в настоящее время существует высокая актуальность их переработки. Однако разработанные технологии переработки не реализуются в виду отсутствия гарантий окупаемости инвестиций в строительство отгрузочных комплексов [6, 7]. В этом направлении проводят экспериментальные и укрупненные опытно-промышленные испытания по извлечению скандия иттрия и алюминия с получением оксидов скандия и иттрия и возвра-
0
щением щелочи в основной производственный цикл [8]. В производственных условиях для промывки красного шлама обычно используют воду из барометрических зумпфов выпарной станции или внутрицеховую воду, содержащую определенное количество отмываемого растворенного вещества (0,1...1,0% №0к) [9].
При использовании исходной промывной воды, не содержащей ценного вещества, усиление промывки, с четырехкратной до пятикратной, существенно снижает потери растворенного (2.1 до 0,62 кг на 1 т. шлама). Однако эффективность пятой ступени заметно снижается, если для промывки употребляется исходный промывной раствор.
При противоточной промывке эффективность отмывки алюминатного раствора находится в большой зависимости от расхода исходной промывной воды и числа ступеней промывки. Основными показателями процесса сгущения и последующих ступеней промывки являются степень уплотнения шлама и удельная производительность по сливу. Степень уплотнения характеризуется отношением Ж:Т в сгущенном шламе, а под удельной производительностью понимают объем осветленного раствора (в м3), выходящий из сгустителя на каждый квадратный метр площади осаждения за один час (скорость слива) [1].
Пульпы красных шламов характеризуются сравнительно медленным осветлением, что объясняется наличием в них коллоидных дисперсий, образующихся в жестких условиях выщелачивания бокситов в результате глубокого химического разложения отдельных минералов. Пептизация агрегатов коллоидных дисперсий сильно затрудняет процессы сгущения и промывки шлама, а в некоторых случаях и делает практически невозможным нормальное продолжение указанных процессов [10].
В то же время пульпы красных шламов являются неустойчивыми системами в агрега-тивном и кинетическом отношениях. Укрупнение частиц в ходе коагуляции с образованием агрегатов определяет агрегативную неустойчивость, а выпадение крупных агрегатов частиц в осадок кинетическую [11, 12].
Для ускорения процесса отстаивания пульп красных шламов применяются как природные (мука, крахмал), так и синтетические флокулянты (полиакриламид, К-4 и др.).
Промывке обычно подвергаются осадки, имеющие высокую концентрацию поровой жидкости. Наличие ионов в растворе ведет к образованию ДЭС и, следовательно, к появлению энергетического барьера. Для пульп красных шламов отмечается существование зоны коагуляции, соответствующее изоэлектрическому состоянию. Так для алюминатного раствора минимальное значение дзета-потенциала отвечает концентрации 20-25 г/л, а для щелочного (6.7) г/л №20к. Наличие зоны коагуляции обуславливает существование двух зон устойчивости. Это явление связано с перезарядкой частиц красного шлама с отрицательного на положительный.
В ходе промывки наблюдается снижение вязкости жидкой фазы, что также благоприятно сказывается на процессе отстаивания пульп шламов.
Процессы сгущения и промывки осадков красных шламов сопровождается действием различных факторов, как способствующих эффективности отмывки алюминатного раствора (разбавление, температура, ввод флокулянтов и др.) так и препятствующие процессу отмывки (сорбция растворенного вещества, низкое значение Р=Ж:Т и др.).
Цель и методика исследования
Целью наших исследований являлось изучение влияния основных параметров (расход промывной воды, отношение Ж:Т, количество ступеней промывки, концентрации алюминатного раствора) на кинетику процессов сгущения и промывки красных шламов из низкокремнистых бокситов.
Для проведения опытов использовали пульпы красных шламов: пробы пульпы Богословского алюминиевого завода; пульпы, полученные в лабораторных условиях при автоклавном выщелачивании бокситов Североуральского месторождения; пульпы, полученные из заводских
0
проб отмытого красного шлама. Отстаивание проводили в мерных цилиндрах емкостью 100, 200, 500 мл. пульпы нагретой до 96-98оС.
Учет характера сорбционных свойств шлама требует проводить исследование противо-точной промывки по специально разработанной методике:
1) по результатам исследования сорбционных свойств шлама строится график зависимости равновесной концентрации от начальной: ар = [(_а0);
2) по заданной величине ар в исходной сгущенной пульпе рассчитываются промежуточные концентрации в промывных растворах;
3) проводится определение начальных значений ао:, соответствующих равновесным концентрациям;
4) проводится подготовка проб пульпы, в количестве меньшом на единицу заданной кратности промывки в мерных цилиндрах;
5) осуществляется сгущение проб пульпы до определенного принятого в опытах отношения;
6) проводится противоточная промывка осадков красных шламов.
Методика расчета параметров промывки
Конечные уравнения, по которым осуществляется расчет показателей противоточной декантационной промывки, получены на основе решения системы балансовых уравнений для М-кратной противоточной промывки.
R0a0 + Rsas = Rsai + R0aN R0a0 + RsaN = Rsai + R0aN-i R0a0 + RsaN-i = Rsai + R0aN-2
R0a0 + Rsa3 = Rsai + R0a2 Roao + Rsa2 = Rsai + Roal
Расчет концентрации растворенного в первом промывателе:
ai =
R0a0[l+(Ps)W-i]+Psw-1*Rs*a; R0+Rs[l+(Ps)N-i]
В N-м промывателе:
B+Rs+as Rn
И в остальных промывателях
aN-K
B[l+(Ps)K]+Ps*Rs*as
где R0 - весовое отношение Ж:Т в сгущенной пульпе, которое постоянно для всех промывате-лей; Rs - количество слива в тоннах на 1 т твердого осадка из каждого промывателя, которое соответствует расходу промывной воды; а1; а2; а3... ам - концентрация растворенного отмываемого вещества в первом, втором, третьем ... М-м промывателях; ао - концентрация растворенного вещества в сгущенной пульпе, поступающей в первый промыватель; as - концентрация растворенного вещества в промывном фильтрате.
V
R
о
0
Результаты исследований
В работе экспериментальную оценку получили схемы противоточной промывки при условии, что потери растворенного в окончательно промытом осадке не превышают: в < 3.2; 2.8; 2.4; 2.0; 1.0; 0.4; 0.2.
Количество ступеней промывки п, расход промывной воды р) взяты из выгодного соче-
тания, определенных по вышепредложенным уравнениям.
1) ß < 3.2%
n = 8, 7, 6, 5, 4, 3; Ps = 1.3; 1.4; 1.6; 1.8; 2.15; 3.1;
2) ß < 2.8%
n = 8, 7, 6, 5, 4, 3; ps = 1.25; 1.37; 1.55; 1.75; 2.1; 2.85;
3) ß < 2.4%
n = 8, 7, 6, 5, 4, 3; Ps = 1.3; 1.4; 1.6; 1.8; 2.15; 3.1;
4) ß < 2.0%
n = 6, 5, 4, 3; Ps = 1.7; 1.9; 2.4; 3.3;
5) ß < 1.0%
n = 6, 5, 4, 3; ps = 2.0; 2.3; 2.9; 4.25;
6) ß < 0.4%
n = 6, 5, 4, 3; ps = 2.3; 2.8; 3.7; 6.0;
7) ß < 0.2%
n = 6, 5, 4, 3; ps = 2.65; 3.5; 4.6; 7.5;
Как показывают исследования противоточной промывки красных шламов для определения ступени отмечается максимальное значение скорости осветления. На рис. 1 приведены зависимости скорости ^эсв. от номера ступени N противоточной промывки для вариантов, когда потери растворенного в осадке составляют в = 1.0%
Номер ступени/Stage number, N
Рис. 1. Влияние расхода промывного раствора воды на скорость осветления красных шламов в ходе противоточной промывки (в =1.0%); 1 - ps = 2.8; 2 - ps = 2.21; 3 - ps = 1.89; 4 - ps = 1.69 Fig. 1. Effect of the water wash solution flow on the red mud clarification rate in the countercurrent washing
(в = 1.0%); 1 ps = 2.8; 2 ps = 2.21; 3 ps = 1.89; 4 ps = 1.69
На рис. 2 приведены зависимости скорости осветления от номера ступени для прямоточной декантационной промывки. Для всех вариантов схем промывки наблюдается максимальная производительность, для определенной ступени промывки.
В ходе промывки кинетические кривые, характеризующие процесс осаждения частиц красного шлама по ступеням промывки показывают наличие изоэлектрического состояния. На рис. 3 приведены графики hос = ^т) для 4-кратной противоточной промывки ^ = 2.8).
Изоэлектрическому состоянию соответствует наименьшее влагосодержание в осадке, что определяется наименьшем развитием сольватных оболочек частиц дисперсной фазы в зоне компрессии. Пограничная точка перехода зоны коллективного осаждения к переходной зоне соответствует значению R = Ж : Т, называем критическим отношением Rкр. Изоэлектрическому состоянию отвечают наименьшие значения Rкр, соответствующие второй ступени.
ё
S3 § « .9
о |а н S
о R о
& и
W
о
24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0
3 2 ♦ 1
Номер ступени / Stage number, n
Рис. 2. Влияние разбавления пульпы красных шламов на скорость осветления: 1 - 2 м3/т; 2-2.7м3/т; 3-3 м3/т; 4-5 м3/т; 5-6 м3/т Fig. 2. Effect of red mud pulp dilution on the clarification rate: 1 - 2 т3/т; 2 - 2.7т3/т; 3 - 3 т3/т; 4 - 5 т3/т; 5 - 6 т3/т
Наличие максимума на кривой Wосв = f(CNa2O) объясняется явлением автокоагуляции частиц красного шлама, удерживающих в условиях изоэлектрического состояния наименьшее количество воды, препятствующей их агрегации. При промывке концентрация щелочи влияет, прежде всего, на электрические свойства двойного слоя окружающего частицы шлама. В щелочном растворе низкой концентрации дисперсные частицы имеют отрицательный заряд, обусловленный адсорбцией потенциалоопределяющих гидроксильных ионов. С увеличением концентрации каустической щелочи слой Гуи сжимается, и все большее число противоионов попадает в слой Гельмгольца, что в конечном итоге приводит к нулевому значению дзета-потенциала.
1
2
3
4
5
6
7
При дальнейшем росте концентрации растворенного в пульпе, вследствие адсорбции, большого количества противоинов Na+ частицы шлама приобретают положительный заряд. Явление перезарядки поверхности частиц шламов обусловливает наличие двух зон относительной устойчивости пульп красных шламов.
Обычно в качестве основного фактора устойчивости дисперсных систем с водной дисперсионной средой принимается электрический заряд частиц, обусловливающий так называемый электрокинетический потенциал, или дзета-потенциал (^-потенциал), обнаруживаемый при движении частиц в электрическом поле.
Весьма существенно, что величина электрокинетического потенциала самым тесным образом связана с наличием и концентрацией ионов в дисперсной среде, окружающей частицу. Поэтому добавка в суспензии электролитов в большинстве случаев резко изменяет агрегатное состояние частиц и, следовательно, устойчивость суспензии. Экспериментальные исследования, выполненные в этой области указывают [13, 14], что электрокинетический потенциал частиц изменяется не только в зависимости от концентрации добавляемого в суспензию электролита, но и от валентности его ионов.
0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195
Продолжительность отстаивания, сек / Settling duration, s
Рис. 3. Кинетика процесса осветления красных шламов в ходе четырехкратной противоточной промывки (Ps = 2.8). 1 - первая ступень (27,69 г/л Na2Ûk); 2 - вторая ступень (4,92 г/л Na2Ûk);
3 - третья ступень (0,13 г/л Na2Ûk); 4 - четвертая ступень (0,02 г/л Na2Ûk) Fig. 3. Red mud clarification kinetics in the course of a four-time countercurrent washing (Ps = 2.8). 1 -first stage (27.69 g /l Na2Ûk); 2 -second stage (4.92 g/l Na2Ok); 3 -third stage (0.13 g/l Na2Ok); 4 -fourth stage (0.02 g/l Na2Ok)
При добавках электролитов к дисперсным системам падение потенциала на различных участках поверхности частицы происходит неодинаково [15, 16, 17]. Вследствие наличия на поверхности особых активных участков (углы, выступы, пики, ребра) адсорбция добавляемых
0
ионов происходит неравномерно по всей поверхности частицы и поэтому двойной электрический слой в результате адсорбции оказывается измененным неравномерно, и, как правило, наиболее развит на особых активных участках поверхности. При коагуляции системы таким образом сцепление частиц происходит лишь на участках с наименее развитым диффузным слоем и, следовательно, вероятность слипания не будет являться функцией только вероятности столкновения и величины суммарной поверхности частиц, но также и величины характеризующей часть суммарной поверхности, обладающей развитой диффузной оболочкой.
По современным представлениям, связь между обоими факторами: электрокинетическим потенциалом и сольватацией является весьма сложной и, по-видимому, следует допустить существование динамического равновесия между ними, чем более развит диффузный слой, тем больше гидратация, и наоборот [13, 18].
Таким образом, взаимодействие между частицами дисперсной фазы и молекулами дисперсной среды является причиной образования некоторого переходного слоя на границе раздела частица-среда, предохраняющего частицы от слипания и сообщающего им как бы «индуцированную» растворимость. Такая растворимость может быть вызвана, как мы уже видели, наличием в системе посторонних ионов и молекул, которые, таким образом, являются стабилизаторами.
На рис. 4 предоставлена диаграмма, характеризующая влияние расхода промывной жидкости (Р = Ж:Т) на потери растворенного вещества с окончательно промытым осадком, выходящим с последней ступени промывки.
Отношение Ж:Т в пульпе / L:S ratio in pulp
Рис. 4. Влияние расхода промывного раствора на потери растворенного с осадком: 1 - трехкратная промывка; 2 - четырехкратная промывка; 3 - пятикратная промывка; 4 - шестикратная промывка;
5 - семикратная промывка Fig. 4. Effect of washing solution flow on the loss of dissolved with precipitate: 1 - three-time washing; 2 - four-time washing; 3 - five-time washing; 4 - six-time washing; 5 - seven-time washing
Для получения низкого содержания ценного, растворенного в осадке, необходимо увеличить расход промывного раствора (Ps). Так, для того, чтобы обеспечить потери растворенного
0
с осадком на уровне в = 0,4% при четырехкратной промывке необходимо обеспечить разбавление пульпы при следующем значении Р = Ж:Т = 11,2 , для получения в = 0,2% значение Р = Ж:Т = 13,8 и т.д.
Диаграмма показывает, что потери растворенного вещества с отвальными шламами уменьшаются с увеличением числа ступеней промывки при заданном суммарном расходе промывного раствора.
Эксперимент показывает, что снижение потерь растворенного с окончательно промытым осадком требует большого разубоживания пульпы на ступенях промывки, что ведет к увеличению R = Ж:Т в промывателях. В свою очередь рост R = Ж:Т в промывателях положительно сказывается на росте производительности отстойников.
Расход промывной воды (Р5) соответствует определенному отношению Р = Ж:Т (весовые) на каждой ступени (см. рис. 5) и определенному числу ступеней промывки.
В ходе сгущения и промывки весовое отношение Ж:Т в сгущенных шламах понижается постепенно по движению пульпы от первичного сгустителя к последнему промывателю. При этом после каждой стадии сгущения шлам увлекает примерно одинаковый объем жидкого на одну тонну твердого. В соответствии с этим весовые отношения Ж:Т в сгущенных шламах первого, второго, третьего и т.д. промывателей определяют по ориентировочным соотношениям:
d -RoYl D -RoYz D -RoYz D -RoYn K1 - -; K2 - -; - -; ... HN -
Yo
Yo
Yo
Yo
где, ^ - весовое отношение Ж:Т в первичной сгущенной пульпе; RN - Ж:Т в сгу-
щенной пульпе, соответственно, первого, второго, третьего ... ^го промывателей; Yо, Y1 ^2, Yз■■ YN - плотности раствора, соответственно, в пульпе первичного сгустителя и в пульпе первого, второго, третьего и ^го промывателей.
о ч
CP
:CD О
СО '-4—»
I- Го m
о s
£ s
Ч о s ~
X S и ^
s .ÇT х _j
CD
3
о
X
Номер ступени, N / Stage number
Рис. 5. Кинетика процесса осветления красных шламов в ходе противоточной промывки: 1-3-кратная; 2-4-кратная; 3-5-кратная; 4-6-кратная; 5-7-кратная Fig. 5. Red mud clarification kinetics in the course of countercurrent washing: 1-3-time; 2-4-time; 3-5-time; 4-6-time; 5-7-time
0
1
2
3
4
5
6
7
0
Из соотношения получаем следующую приблизительную закономерность изменения соотношений Ж:Т в сгущенных пульпах первичного сгустителя и промывочного сгустителях: R1, R2, Rз... RN = Yo, Y1 ^2, Yз■■ YN.
Разбавление пульпы ^ = Ж:Т) существенно сказывается на кинетике процесса осаждения дисперсных частиц. Для пульп красных шламов при отношении R = Ж:Т = 10:1 и более: переход от зоны коллективного осаждения к зоне компрессии наблюдается за более короткое время, чем для более плотных пульп.
Изучено влияние плотности исходной пульпы на кинетику формирования переходной зоны. Средняя величина R = Ж:Т в переходной зоне составляет (2,2 ...2,4):1. Это значение наблюдается для широкого ряда значений начальных Ro=Ж:Т.
С увеличением разбавления пульпы осаждение дисперсных частиц при отстаивании происходит с образованием более плотных осадков (рис. 6), а с уменьшением Р = Ж:Т образуются более рыхлые осадки, особенно с ростом концентрации растворенного, что сопровождается ростом содержания маточной влаги в осадке.
140
S в
§ ё 120
к о
<D N
И ®
Я °
8 £
ZT тз
2 Я
о -О
И 3
ё и
100
80
(D
о
(D
13
О £
О Л ТЗ
60
40
20
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Концентрация щелочи Na2Ok, г/л / Concentration of alkali Na2Ok g/l
0
Рис. 6. Влияние концентрации Na2ÜK на кинетику процесса осветления пульп красных шламов: 1 - Ж:Т-4,8:1; 2 - Ж:Т-6:1; 3 - Ж:Т-8:1; 4 - Ж:Т-10:1 Fig. 6. Effect of Na2ÜK concentration on the red mud pulp clarification kinetics: 1 - L:S -4.8:1; 2 - L:S -6:1; 3 - L: S-8:1; 4 - L: S -10:1
С ростом концентрации растворенного вещества происходит уменьшение ширины зоны коллективного осаждения и рост ширины переходной зоны и зоны компрессии. Наименьшая продолжительность периода коллективного осаждения отвечает изоэлектрическому состоянию пульпы красных шламов (20 г/л Na2OK) - рис. 7, такая зависимость отмечается для всего интервала R = Ж:Т пульпы.
Заключение
Таким образом, по результатам исследований можно сделать следующие выводы:
1. Исследована кинетика процесса осаждения пульп красных шламов полученных из низкокремнистых бокситов. Рассмотрены особенности формирования зон сгущения в зависимости от R = Ж:Т в пульпе концентрации алюминатного раствора. Установлено, что наименьшая величина критического отношения Rкр = Ж:Т отвечает изоэлектрическому состоянию.
0
1 ч Q о
s а
<D
а л н о о и
(D
В и
S и
s -а
5 О 2 £
о о ^з
ч и .«2
о и Й
1 £
§ °
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
22
42
62
Концентрация щелочи Na2Ok, г/л/ Concentration of alkali Na2Ok g/l
Рис. 7. Влияние разбавления пульп красных шламов на продолжительность периода коллективного осаждения Fig. 7. Effect of red mud pulp dilution on the duration of the period of collective subsidence
2
2. Предложен метод расчета параметров противоточной декантационной промывки незамкнутых схем противотока с законченным циклом многофазной промывки в сгустителях-про-мывателях, исследованных в данной работе.
3. Рассмотрено влияние основных параметров (расход промывного расхода, числа ступеней промывки, отношение Ж:Т в промывателях) противоточной промывки на эффективность промывки.
4. Предложена и опробована методика исследования противоточной декантационной промывки с учетом сорбционных свойств твердой фазы.
Библиографический список
1. Никольская М.П. Технология получения глинозема из бокситов. Каменск-Уральский, 2007. 184 с.
2. Логинова Н.В., Кырчиков А.В. Технология производства глинозема. Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та. 2015. 336 с.
3. Сизяков В.М. Проблемы развития производства глинозема в России //Цветные металлы Сибири - 2009 г: материалы I Международного конгресса. (г. Красноярск, 8-10 сентября 2009 г.). Красноярск, 2009. С. 120-134.
4. Шморгуненко Н.С. Корнеев В.Н. Комплексная переработка и использование отвальных шламов глиноземного производства. М.: Металлургия, 1982. 128 с.
5. Подгородецкий, Г.С., Ширяева Е.В. и др. Проблемы эффективной переработки красных шламов// Экология и промышленность России. 2015. Т. 19. № 12. С. 46-53.
6. Трушко В.Л., Утков В.А., Бажин В.Ю. Актуальность и возможность полной переработки красных шламов глиноземного производства // Записки Горного института. 2017. Т. 227. С. 547-553.
7. Пягай И.Н. Блочная переработки бокситовых шламов глиноземного производства // Цветные металлы. 2016. С. 25-32.
8. Pulfda I.D. Hargreaves J.S.J. Carbonised red mud-A new water treat product made from a waste material//J. Enviro-mental Management. 2012. Vol 100, № 6. P. 59-64.
9. Логинова Н.В., Кырчиков А.В. Аппатурно-технологические схемы в производстве глтинозема. Екатеринбург: Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2011. 233 с.
10. Yatsenko S.P. Pyagai I.N. Red Mud Pulp. Carbonization with Scandium Extraction during Alumina Production. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2010. Vol. 44. №. 4. P. 563-568.
11. King W. Some Studies in Alumina Trihydroxide Precipitation Kinetis Light metals (AIME). 1979. Vol. 2. P. 551-563.
12. Steven P. Rosenberg and Steven J. Healy. A Thermodynamic Model for Gibbsite Solubility in Bayer liquors. Fourth International Alumina Quality Workshop. Darwin. 2-7 June 1996. P. 301-310.
13. Хорош А.Н., Хорош Н.А. Физическая химия, поверхностные явления и дисперсные системы. СПб.: Лань, 2015. 160 с.
14. Морачевский А.Г., Фирсова Е.Г. Физическая химия. Гетерогенные системы. СПб.: Лань, 2015. 192 с.
15. Зимон А.Д. Физическая химия. М.: Красанд, 2015. 318 с.
16. Хрусталев Е.Н. Физическая химия. Гетерогенные системы. СПб.: Лань, 2015,192 с.
17. Кругляков П.М. Физическая и коллоидная химия. М.: Высшая школа, 2010. 319 с.
18. Лукьянов А.Б. Физическая и коллоидная химия. М.: Альянс, 2016. 288 с.
Reference
1. Nikol'skaya M.P. Tekhnologiya polucheniya glinozema iz boksitov [Production technology of alumina from bauxite]. Ka-mensk-Ural'skij, 2007, 184 р. (In Russian).
2. Loginova N.V., Kyrchikov A.V. Tekhnologiya proizvodstva glinozema [Alumina production technology]. Ekaterinburg: The Ural Institute Publ., 2015, 336 р. (In Russian).
3. Sizyakov V.M. Problemy razvitiya proizvodstva glinozema v Rossii. [Problems of alumina production development in Russia] Materialy I Mezhdunarodnogo kongressa "Cvetnye metally Sibiri - 2009 g". [Proceedings of I International Congress "Siberian Non-ferrous Metals- 2009" Krasnoyarsk, 8-10 September 2009]. Krasnoyarsk, 2009, рр. 120-134. (In Russian).
4. Shmorgunenko N.S. Korneev V.N. Kompleksnaya pererabotka i ispol'zovanie otval'nyh shlamov glinozemnogo proizvodstva [Complex processing and use of dump sludge of alumina production]. Moscow: Metallurgiya Publ., 1982, 128 р. (In Russian).
5. Podgorodeckij, G.S., Shiryaeva E.V. Problems of efficient red mud processing. Ehkologiya i promyshlennost' Rossii [Ecology and Industry of Russia], 2015, vol. 19, no. 12, рр. 46-53. (In Russian).
6. Trushko V.L., Utkov V.A., Bazhin V.Yu. Relevance and possibility of alumina production red mud complete processing. Zapiski Gornogo instituta [Journal of Mining Institute], 2017, vol. 227, рр. 547-553. (In Russian).
7. Pyagaj I.N. Block processing of bauxite slimes of alumina production. Cvetnye metally [Non-ferrous metals], 2016, рр. 25-32. (In Russian).
8. Pulfda I.D. Hargreaves J.S.J. Carbonised red mud-A new water treat product made from a waste material//J. Enviro-mental Management. 2012. Vol 100, № 6. P. 59-64.
9. Loginova N.V., Kyrchikov A.V. Appaturno-tekhnologicheskie skhemy v proizvodstve glinozema [Process flow diagrams in alumina production]. Ekaterinburg: Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin Publ., 2011, 233 р.
10. Yatsenko S.P. Pyagai I.N. Red Mud Pulp. Carbonization with Scandium Extraction during Alumina Production. Theoretical Foundations of Chemical Engineering, 2010, vol. 44, no. 4, pр. 563-568.
11. King W. Some Studies in Alumina Trihydroxide Precipitation Kinetics Light metals (AIME), 1979, vol. 2, рр. 551-563.
12. Steven P. Rosenberg and Steven J. Healy. A Thermodynamic Model for Gibbsite Solubility in Bayer liquors. Fourth International Alumina Quality Workshop. (Darwin 2-7 June 1996). Darwin, 1996, pр. 301-310.
13. Horosh A.N., Horosh N.A. Fizicheskaya himiya, poverhnostnye yavleniya i dispersnye sistemy [Physical chemistry, surface phenomena and disperse systems]. St. Petersburg: Lan Publ., 2015, 160 р.
14. Morachevskij A.G., Firsova E.G. Fizicheskaya himiya. Geterogennye sistemy [Physical chemistry. Heterogeneous systems]. St. Petersburg: Lan Publ., 2015, 192 р.
15. Zimon A.D. Fizicheskaya himiya [Physical chemistry]. Moscow: Krasand Publ., 2015,318 р.
16. Hrustalev E.N. Fizicheskaya himiya. Geterogennye sistemy [Physical chemistry. Heterogeneous systems]. St. Petersburg: Lan Publ., 2015,192 р.
17. Kruglyakov P.M. Fizicheskaya i kolloidnaya himiya [Physical and colloid chemistry]. Moscow: High school Publ., 2010, 319 р.
18. Luk'yanov A.B. Fizicheskaya i koloidnaya himiya [Physical and colloid chemistry]. Moscow: Alliance Publ., 2016, 288 р.
Критерии авторства
Саламатов В.И., Саламатов О.В. имеют на статью равные авторские права и несут равную ответственность за плагиат.
Authorship criteria
Salamatov V.I., Salamatov O.V. have equal author's rights and bear equal responsibility for plagiarism.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this paper.
0
