CC BY
0УДК 66.011
КАУСТИФИКАЦИЯ СОДОСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ ВЕТВИ БАЙЕРА ПРИ ОБРАБОТКЕ ИХ ИЗВЕСТКОВЫМ МОЛОКОМ НА ПАВЛОДАРСКОМ
АЛЮМИНИЕВОМ ЗАВОДЕ
АБИКЕНОВА ГУЛЬНУР КАНЫБЕКОВНА
Кандидат технических наук, ТОО «Научно-исследовательский инжиниринговый центр», г.
Астана, Казахстан
ДАУЛЕТОВ ДАУРЕН ДАУЛЕТОВИЧ
Магистр по направлению обогащения, ТОО «Научно-исследовательский инжиниринговый
центр», г. Павлодар, Казахстан
ДАНЧЕНКО ИРИНА СЕРГЕЕВНА
Инженер химик-технолог, ТОО «Научно-исследовательский инжиниринговый центр»,
г. Павлодар, Казахстан
Аннотация: В статье описаны результаты опытно - промышленных испытаний (ОПИ) по известковой каустификации содосодержащих растворов ветви Байера на Павлодарском алюминиевом заводе (ПАЗ). Определена возможность каустификации фильтрата третьей стадии фильтрации красного шлама (ФКШ) на полном потоке и смеси фильтрата третьей стадии ФКШ с содовым раствором, с долей 7% в смеси. Определены технологические показатели каустификации, при которых происходит наиболее полная регенерация каустической щелочи, с целью снижения ее потерь, а также снижения нагрузки передела Спекания за счет вывода части карбонатной оборотной соды.
Ключевые слова: Каустификация, содовый раствор, фильтрат, каустическая щелочь, известковое молоко, ветвь Байера.
Введение. Как известно, на многих глиноземных заводах, работающих по способу Байера, используется метод известковой каустификации содосодержащих алюминатных растворов для регенерации каустической щелочи. Данный метод является наиболее эффективным и малозатратным в гидрометаллургической промышленности.
Существует множество работ, описывающих исследования по преобразованию карбонатной щелочи в каустическую, разными способами при различных параметрах и условиях.
Известковый способ каустификации - это наиболее известный метод получения каустической щелочи.
Один из способов ранее описал М.Б. Зеликин - это способ двухступенчатой каустификации [1], по этому методу на первую ступень необходимо подавать 80-90% извести или известкового молока от общего количества, чтобы повысить степень каустификации и скорость отстаивания шлама.
В одной из статей [2], описаны исследования, направленные на изучение влияния дозировки извести на эффективность процесса каустификации. Результаты данных испытаний показали, что наибольшее влияние оказывают различия в химическом составе (чистоте) извести. Авторами статьи была разработана методика, которая позволяет облегчить выбор оптимального известкового реагента и его дозировки.
Как известно, при обработке щелочеалюминатного раствора известковым молоком образуется трехкальциевый гидроалюминат (ТКГА). Который можно использовать как адсорбент при очистке растворов. С целью удаления примесей оксалатов из раствора, китайские ученые [3] изучили кинетику и механизм образования ТКГА и оксалата кальция в алюминатном растворе и растворе оксалата натрия с помощью известковой каустификации.
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
Исследования известковой каустификации растворов на Павлодарском алюминиевом заводе были описаны в статье [4], в которой говориться, «что наиболее подходящими для проведения каустификации являются сливы «головных» промывателей и фильтрат третьей стадии ФКШ».
Как правило, на ПАЗ перерабатываются высококарбонатные бокситы Краснооктябрьского месторождения (КБРУ), в которых содержание карбонатов достигает ~ 3,70%.
В настоящее время наблюдается ухудшение технологического процесса на ПАЗ, связанное с повышенным содержанием карбонатов в боксите.
Высокое содержание СО2, в виде минерала сидерита, при выщелачивании боксита приводит к образованию большого количества оборотной соды:
Na2O + ТО2 = Ш2Ш3.
При производстве глинозема по способу «Байер - Спекание» для обратного перевода карбонатов в каустическую щелочь необходимо вывести их из Байеровского цикла в виде оборотной соды, и на переделе Спекания провести процесс термокаустификации [5]:
Ш2ТО3 + NaOH = Ca(OH)2 + CaCOз
Для снижения нагрузки на передел Спекания была предложена схема известковой каустификации фильтрата третьей стадии и смеси оборотного раствора и фильтрата третьей стадии ФКШ. На рисунке 1 изображена блок-схема процесса каустификации.
Рисунок 1 - Блок-схема процесса каустификации
Приготовление известкового молока осуществлялось в мешалке №128, которое потом перекачивалось в мешалку №130. В приемной мешалке №130 происходило смешение фильтрата 3 стадии или смеси фильтрата и содового раствора с известковым молоком. Полученная смесь перекачивалась мешалку № 129 для выдерживания времени каустификации.
Для поддержания температуры выдержки (каустификации) ~ 90 - 95 0С, в мешалки №№ 129 и 130 через барботер подавался пар.
Пульпа каустификации перекачивалась на участок №2 ГМЦ в гидросмеситель насосов №158/159 и далее по существующей схеме распределялась через распределительные коробки
на вторые ряды ниток промывок №№1, 2, 3, 4. Осветленный каустифицированный раствор со сливом 1-х рядов поступал в мешалки промывной воды и, далее, по существующей схеме на разбавление вареной пульпы.
Шлам разгрузки промывателей 3-х рядов (смесь красного и карбонатного шламов) через шламовую мешалку № 540 по существующей схеме направлялся на фильтры ДОО - 100, а фильтрат - в гидросмеситель насоса № 110, и далее - на каустификацию в мешалку №130.
Кек фильтров ДОО - 100 по используемой схеме фильтрации красного шлама поступал на ОПТТТ - в шихту спекания.
Материалы и метод исследования. В период опытно - промышленных испытаний исследовался процесс каустифицирования содосодержащих растворов, а именно фильтрат 3 стадии ФКШ и смесь содового раствора и фильтрата 3 стадии.
Проводились отборы проб известкового молока, исходных технологических растворов и полученных пульп после каустификации, выполнялись химические анализы жидких фаз по стандартным методикам.
Приготовление известкового молока осуществлялось на промышленной площадке ПАЗ из гидратной извести ГОСТ 9179 (100816) по принятой схеме: на 1 биг/бег (~ 850 кг) извести подавалось ~ 2,5 м3 горячей воды. Процесс каустификации проводился при температуре 9095 0С и времени выдержки 2,0 - 2,5 часа.
Обсуждение результатов. ОПИ состояли из нескольких этапов. На первом этапе испытаний, каустификации подвергался весь поток фильтрата 3 стадии ФКШ, средний расход которого составил 307,4 м3/ч. На втором этапе каустифицировали смесь содового раствора с долей 7% в смеси и фильтрата 3 стадии ФКШ. Средний расход смеси составил 302,2 м3/ч.
Ниже, в таблице 1 приведен химический состав исходных технологических растворов, поступающих на каустификацию.
Таблица 1 - Химический состав исходных технологических растворов
Наименование AI2O3 Na2O Na2OK6 Na2OKy % соды Мку Содержание твердого
г/л г/л г/л г/л % ед. Гтв/л
Фильтрат 3 стадии ФКШ 26,7 38,1 6,4 31,7 16,9 2,0 54,9
Содовый раствор + фильтрат 3 стадии ФКШ 28,7 53,7 17,1 36,7 31,5 2,11 47,2
В таблице 2 приведен химический состав технологических растворов после процесса каустификации.
Таблица 2 - Химический состав каустифицированного раствора Степень каустификаци и
Наименование AI2O 3 Na2 O Na2OK б Na2OK у % сод ы Мку Содержани е твердого
г/л г/л г/л г/л % ед. Гтв/л %
Раствор после каустификаци и 22,1 36,6 2,0 34,6 5,5 2,6 77,8 66,2
1 этап
Раствор после каустификаци и 2 этап 23,9 46,1 4,0 42,2 8,4 2,9 1 66,9 80,3
Показателем полноты процесса перехода карбонатной щелочи в каустическую является степень каустификации. Исходя из данных таблицы 2, средняя степень каустификации по первому этапу составила 66,2 % с содержанием №20кб в исходном фильтрате 6,4 г/л, что ниже чем по второму этапу - 80,3% с содержанием №20кб в исходном растворе 17,1 г/л.
За данные периоды расчетным методом было определено количество A12O3, которое переходит в трехкальциевый гидроалюминат (ТКГА) и направляется в ветвь Спекания с красным шламом. Из них 13,3 т/см поступает в ветвь Байера на первом этапе и 8,6 т/см - на втором этапе.
В результате реакции известковой каустификации образуется трехкальциевый гидроалюминат, выпадающий в осадок:
3СаСО3 + 2AI2O3 + 4ОН + 4ШО = 3СаО • AI2O3 • 6Н2О + ЗСО3
В данном случае, образовавшийся осадок после каустификации по принятой схеме на ПАЗ идет в отделение приготовления шихты для спекания.
Выводы. Данные испытания показали, что на ПАЗ наиболее оптимальным для процесса каустификации является смесь содового раствора и фильтрата третей стадии ФКШ, где степень перехода карбонатной щелочи в каустическую составила 80,3% по ОПИ, что выше на ~17%, чем при обработке известковым молоком фильтрата третей стадии ФКШ. Но при этом возросла удельная дозировка CaO активного на ~27%. Данный факт является естественным, т.к. для лучшего выхода едкой щелочи следует работать с избытком извести [5]. Этим предупреждается взаимодействие с углекислым кальцием, повышающим концентрацию соды в растворе.
Технологические параметры, такие как содержание СаО активного в известковом молоке, его дозировка в т/м3 обрабатываемого раствора, температура и время выдержки каустифицируемого раствора требуют дальнейшего уточнения для оптимизации процесса каустификации.
Технологически возможна каустификация известковым молоком содосодержащих растворов ПАЗ на примере фильтрата третей стадии ФКШ и смеси содового раствора с фильтратом третей стадии.
В настоящее время схема каустификации включена в технологический процесс глиноземного производства и успешно эксплуатируется на ПАЗ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:
1. Патент «Способ каустификации карбонатов щелочных металлов».
2. C.A. du Plessis, H. Lambert, E. Hoummady, R.G. McDonald, D. Bedell, Lime properties and dose effects on causticisation of synthetic Bayer liquor, Minerals Engineering, Volume 160, 2021, 106664, ISSN 0892-6875, https://doi.org/10.1016/j.mineng.2020.106664.
3. Bai-yong ZHANG, Xiao-lin PAN, Jiang-zhou WANG, Hai-yan YU, Gan-feng TU, Reaction kinetics and mechanism of calcium oxide in dilute sodium aluminate solution with oxalate based on lime causticization, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Volume 29, Issue 6, 2019, Pages 1312-1322, ISSN 1003-6326, https://doi.org/10.1016/S1003-6326(19)65038-7
4. Суюндиков М.М., Абикенова Г.К., Красных И.А., Дейграф И.Э., Суюндиков Н.М. Труды унивеситета №2 (87) 2022: «Исследование известковой каустификации растворов процесса Байера в производстве глинозема».
5. Ибрагимов и Будон. Развитие производства глинозема из бокситов Казахстана. - Павлодар 2010.- 304 с.
