СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ БОКСИТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГЛИНОЗЁМА
METHOD FOR PROCESSING BOXITE TO OBTAIN ALUMINA

Область техники
Изобретение относится к цветной металлургии, в частности, к производству глинозёма по способу Байера или Байер-спекание, а именно, к способам повышения продуктивности алюминатных растворов за счет эффективного разделения и промывки шламовых суспензий.
Уровень техники
Высокая продуктивность раствора при декомпозиции позволяет выдерживать низкие удельные потоки алюминатного раствора, что обеспечивает низкий уровень расходов основных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) на производство глинозема. Продуктивность раствора, достигаемая сегодня, обусловлена принятой классической технологией сгущения и промывки красного шлама в аппаратах объемного действия. Данная технология не позволяет повышать концентрацию алюминатного раствора, а соответственно, и его продуктивность, не увеличивая потери щелочи с жидкой фазой отвального красного шлама. К тому же для осаждения и промывки красного шлама требуются значительные объемы растворов, что приводит к длительному контакту твердой и жидкой фаз и протеканию процесса гидролиза (потерям глинозема с красным шламом).
Проблема эффективного разделения и промывки шламовых суспензий и повышения продуктивности алюминатных растворов решена в ряде технических решений.
Известен способ фильтрации шламовых суспензий в «хвосте» производства глинозема (Abhijeet Bandi, Kausikisaran Misra, N. Nagesh, Uttam Kumar Giri and Rama Chandra Nahak Improvement of Mud Circuit Efficiency while Processing East Coast Bauxite of India, Proceedings of the 38th International ICSOBA Conference, 16-18 November 2020), заключающийся в фильтрации суспензии отвального шлама с целью его сухого складирования на шламполе.
К недостаткам данного способа относятся:
- невозможность исключения из технологической цепочки переделов сгущения и промывки красного шлама;
- отсутствие влияния на продуктивность алюминатных растворов;
- отсутствие значимой экономии ресурсов и энергопотребления в производстве глинозема.
Известен способ фильтрации шламовых суспензий в «хвосте» производства глинозема (Sedat Arslan, Gökhan Kürsat Demir, Bekir Çelikel and Meral Baygül Implementation and Optimization of Filter Press in Red Mud Washing Process at Eti Aluminium, Proceedings of the 36th International ICSOBA Conference, Belem, Brazil, 29 October - 1 November 2018), заключающийся в фильтрации суспензии отвального шлама с целью его сухого складирования на шламполе.
К недостаткам данного способа относятся те же проблемы, что и в первом примере.
Известен способ повышения продуктивности алюминатных растворов (Lu Zijian, Zhaoqun, Xie yanli, Bi shiwen, Yang Yihong, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИСАДОК ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ ЩЕЛОЧНО-АЛЮМИНАТНЫХ РАСТВОРОВ В ПРОЦЕССЕ БАЙЕРА, Light Metals, TMS The Minerals, Metals & Materials Society, 2004). Предложены варианты повышения эффективности процесса декомпозиции за счет ввода в процесс различных присадок. Присадки влияют не только на продуктивность, но и на крупность и качество получаемого гидроксида алюминия.
К недостаткам данного способа относятся:
- невозможность при таком способе исключения из технологической цепочки переделов сгущения и промывки красного шлама;
- применение присадок приводит к дополнительному загрязнению растворов органическими или неорганическими примесями, требующие решения по их выводу;
- отсутствие экономии содопродуктов и флокулянта;
- необходимость применения дорогостоящих реагентов.
2
ky
Наиболее близким к заявленному способу является способ переработки на глинозем низкокачественного боксита (патент KZ №13802, опубл. 15.12.2003 г.). В способе фильтрацию красного шлама осуществляют непосредственно после сгущения в несколько стадий. Отфильтрованный шлам каждой стадии репульпируют фильтратом последующих стадий фильтрации, репульпированный шлам подогревают до температуры не выше 95°С, а на последнюю стадию подают горячую воду в количестве, обеспечивающем на первой стадии концентрацию пульпы красного шлама по каустической щелочи (NaO) не выше 135 г/л, причем фильтрацию ведут при каустическом модуле не ниже каустического модуля, соответствующего равновесного алюминатного раствора. Количество стадий фильтрации определяют по остаточному содержанию щелочи в жидкой фазе отфильтрованного красного шлама последней стадии. Способ позволяет сократить удельный расход горячей воды на промывку красного шлама, уменьшить потери гидроксида алюминия, щелочи и расход флокулянта. Высвобождаются также производственные площади на переделе отделения красного шлама.
Недостатки данного способа заключаются в том, что:
- схема содержит несколько стадий фильтрации, что увеличивает в несколько раз количество необходимого для реализации процесса оборудования;
- низкая степень отмывки шлама фильтратами последующих стадий, что снижает эффективность процесса и увеличивает потери щелочей;
- в технологической цепочке остается передел сгущения, что не позволяет полностью исключить потери глинозема с твердой фазой за счет протекания процесса гидролиза, а также полностью отказаться от потребления флокулянтов;
2
к
- возможность достижения концентрации раствора не выше 135 г/л NaO, что не является оптимальным параметром для достижения максимальной продуктивности раствора;
- относительно низкая температура фильтрации не выше 95°С, приводящая к дополнительным потерям глинозема из раствора из-за протекания процесса гидролиза и низкой стойкости ткани.
Раскрытие сущности изобретения
В основу предложенного изобретения положена задача разработки экономически эффективного способа повышения продуктивности алюминатных растворов при получении глинозема из бокситов, обеспечивающего возможность повышения продуктивности алюминатного раствора за счет повышения его концентрации и снижения каустического модуля. Повышение концентрации и снижение каустического модуля достигается за счет замены операций сгущения и промывки красного шлама на фильтрацию и промывку на фильтрующем оборудовании с одновременным снижением удельного расхода горячей воды на промывку шлама. Полученный таким образом алюминатный раствор с повышенной концентрацией и сниженным каустическим модулем перерабатывается по существующей схеме производства глинозема. Также при таком способе происходит значительное снижение растворимых потерь глинозема и щелочи с жидкой фазой шлама.
Техническим результатом является решение поставленной задачи и повышение продуктивности на переделе декомпозиции и снижение потерь содопродуктов и как следствие увеличение эффективности глиноземного производства за счет экономии содопродуктов, тепла и энергоресурсов, а также увеличение выпуска товарного металлургического глинозёма.
Достижение вышеуказанного технического результата достигается тем, что способ переработки бокситов для получения глинозема включает фильтрацию шламовых суспензий (пульпы после выщелачивания боксита, разбавленной, сгущенной), которая выполняется на фильтрующем оборудовании для максимального быстрого разделения твердой и жидкой фаз. Фильтрат - алюминатный раствор далее поступает на узел контрольной фильтрации для удаления остатков твердой фазы, при этом часть фильтрата при достижении заданного качества по содержанию твердых частиц может направляться напрямую на декомпозицию. После контрольной фильтрации раствор направляется на передел декомпозиции для выделения из него гидроксида алюминия. После проведения операции фильтрации полученный кек промывается в зажатом слое на фильтре горячей водой с температурой предпочтительно не более 98°С для отмывки твердой фазы шлама от раствора. Промывная вода от промывки шлама поступает на разбавление пульпы после выщелачивания боксита для достижения заданной концентрации алюминатного раствора. Кек фильтров является отвальным продуктом, годным для складирования на шламовое поле сухим, полусухим или мокрым способом.
Предлагаемый способ так называемой «прямой фильтрации» шламовых суспензий позволит снизить потери глинозема за счет исключения гидролиза алюминатного раствора в системе сгущения-промывки, снизить расход горячей воды на промывку, что при высоком коэффициенте отмывки шлама повысит концентрацию алюминатного раствора, снизит каустический модуль и увеличит его продуктивность. Повышение продуктивности раствора снизит удельные потоки растворов на тонну производимого глинозема, что увеличит пропускную способность производства глинозема и снизит расходы основных технико-экономических показателей (ТЭП).
Внедрение технологии позволит обеспечить ряд преимуществ:
- заменить две операции: сгущения и промывки красного шлама в существующем емкостном оборудовании на одну - фильтрацию и промывку на фильтрующем оборудовании, что снизит потери глинозема за счет гидролиза;
- снизить растворимые потери щелочи и глинозема с жидкой фазой отвального шлама от текущего уровня на 60-75% за счет снижения количества влаги в отвальном шламе и возврата в глиноземное производство фильтратов, получаемых в процессе промывки кека;
- снизить расход тепла на упаривание маточных растворов за счет увеличения концентрации алюминатного раствора, снизить расход топлива на переделе спекания за счет увеличения доли байеровской ветви и снизить или полностью исключить расход флокулянтов за счет исключения их подачи на переделы сгущения и промывки;
- снизить расход электроэнергии и сжатого воздуха за счет снижения удельных потоков раствора на декомпозиции и выпарке, снижения доли передела спекания (как частный случай при производстве глинозема способом Байер-спекание) и замены емкостного и насосного оборудования на переделах сгущения-промывки на прессфильтры.
Способ дополняют частные случаи его исполнения.
Так, в качестве пульпы для фильтрации используют пульпу, получаемую после выщелачивания боксита. Фильтрат направляют в сборные мешалки для смешения с промывной водой от промывки шлама смешанный раствор далее на контрольную фильтрацию раствора, при этом часть крепкого фильтрата при достижении заданного качества по содержанию твердых частиц может после разбавления водой направляться напрямую на декомпозицию. Кек фильтра промывают горячей водой в зажатом слое. Промводы после промывки кека направляют в мешалки для разбавления фильтрата. Промытый кек репульпируют водой и откачивают на шламовое поле, либо в виде кека складируют сухим или полусухим способом.
Так, в качестве пульпы для фильтрации используют сгущенную пульпу, получаемую после сгущения разбавленной пульпы. Слив сгустителей направляют на контрольную фильтрацию раствора. Фильтрат направляют в сборные мешалки и далее на контрольную фильтрацию раствора, при этом часть фильтрата при достижении заданного качества по содержанию твердых частиц может направляться напрямую на декомпозицию. Кек фильтра промывают горячей водой в зажатом слое. Промводы после промывки кека направляют в агитаторы (мешалки разбавления) для получения разбавленной пульпы. Промытый кек репульпируют водой и откачивают на шламовое поле, либо в виде кека складируют сухим или полусухим способом.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1, 2, 3 показаны варианты принципиально-технологических схем получения глинозема при переработке бокситов.
Отличия между вариантами схем заключаются в природе фильтруемой пульпы.
Аппаратурно-технологическая схема фильтрации и промывки разбавленной пульпы представлена на фиг. 1.
3
Исходная для фильтрации - разбавленная пульпа, получается при выщелачивании сырой пульпы. Полученная в процессе выщелачивания сырой пульпы - пульпа после выщелачивания боксита разбавляется промводами образующимися при промывке кека водой. Пульпу подают на фильтрацию для отделения и промывки твердой фазы. Температура исходной разбавленной пульпы, поступающей на прессфильтры, предпочтительно составляет до 110°С, содержание твердых частиц в пульпе порядка 40-110,0 кг/м.
2
3
3
Фильтрат (алюминатный раствор) направляется на узел контрольной фильтрации раствора для очистки от твердых частиц. При соответствующем качестве (содержание FeO не более 0,016 г/дм) часть фильтрата может передаваться сразу на декомпозицию, минуя контрольную фильтрацию.
3
Полученный в процессе фильтрации кек красного шлама промывается водой от алюминатного раствора (удельный расход воды не менее 2,0 м/т сухого шлама). Температура горячей воды предпочтительно не более 98°С. Промывная вода (промвода), получаемая на стадии промывки кека, направляется на разбавление пульпы после выщелачивания боксита. Промытый красный шлам с влагой W 25-30% поступает на репульпацию водой, возвращаемой со шламового поля и далее откачивается в виде пульпы, или в виде кека, также направляется на шламовое поле.
Аппаратурно-технологическая схема фильтрации и промывки пульпы после выщелачивания боксита представлена на фиг. 2.
3
3
2
3
Исходная для фильтрации пульпа получается при выщелачивании сырой пульпы. Полученная в процессе выщелачивания сырой пульпы пульпа после выщелачивания подается на фильтрацию для отделения и промывки твердой фазы. Температура исходной пульпы после выщелачивания боксита, поступающей на прессфильтры, составляет до 120°С, содержание твердых частиц в пульпе порядка 50-180,0 кг/м. Фильтрат (крепкий алюминатный раствор) направляется на разбавление промывной водой для получения заданной концентрации раствора. Полученный алюминатный раствор подается на узел контрольной фильтрации раствора для очистки от твердых частиц. При соответствующем качестве (содержание FeO не более 0,016 г/дм) часть фильтрата может передаваться на разбавление для получения заданной концентрации и далее направляться на декомпозицию, минуя контрольную фильтрацию.
3
Полученный в процессе фильтрации кек красного шлама промывается водой от алюминатного раствора (удельный расход воды порядка не менее 2,0 м/т сухого шлама). Температура горячей воды предпочтительно не более 98°С. Промывная вода, получаемая на стадии промывки кека, направляется на разбавление крепкого алюминатного раствора. Промытый красный шлам с влагой W 25-30% поступает на репульпацию водой, возвращаемой со шламового поля, и далее откачивается в виде пульпы, или в виде кека, также направляется на шламовое поле.
Аппаратурно-технологическая схема фильтрации и промывки сгущенной пульпы представлена на фиг. 3.
3
Исходная для фильтрации сгущенная пульпа получается при выщелачивании сырой пульпы. Полученная после выщелачивания сырой пульпы пульпа после выщелачивания разбавляется промводами, образующимися при промывке кека водой. Разбавленная пульпа сгущается. В процессе сгущения получают два продукта: осветленный раствор и сгущенную пульпу. Осветленный раствор направляется на узел контрольной фильтрации раствора для очистки от твердых частиц. Сгущенная пульпа подается на фильтрацию для отделения и промывки твердой фазы. Температура исходной сгущенной пульпы, поступающей на прессфильтры, составляет порядка 100-105°С, содержание твердых частиц в пульпе 400-800 кг/м.
Фильтрат (алюминатный раствор) направляется на узел контрольной фильтрации раствора для очистки от твердых частиц.
3
Полученный в процессе фильтрации кек красного шлама промывается водой от алюминатного раствора (удельный расход воды порядка не менее 2,0 м/т сухого шлама). Температура горячей воды предпочтительно не более 98°С. Промывная вода, получаемая на стадии промывки кека, направляется на разбавление пульпы после выщелачивания. Промытый красный шлам с влагой (влагосодержанием) W 25-30% поступает на репульпацию водой, возвращаемой со шламового поля и далее откачивается в виде пульпы или в виде кека также направляется на шламовое поле.
Осуществление изобретения
3
Способ предназначен для получения глинозема при переработке бокситов путем высокоскоростного разделения и промывки шламовых суспензий глиноземного производства, образующихся после выщелачивания боксита. Фильтрация шламовых суспензий (пульпы после выщелачивания боксита, разбавленной, сгущенной) ведется на фильтрующем оборудовании при температуре не менее 95°С, предпочтительно 95-120°С. Промывка получаемого кека осуществляется на фильтре при температуре воды не более 98°С при удельном расходе горячей воды не менее 2,0 м/т шлама.
Частными случаями в аппаратурном оформлении являются использование следующего фильтрующего оборудования: центрифуг, пресс-фильтров, гипербарических фильтров, ленточных пресс-фильтров.
Фильтрат, полученный на стадии фильтрации пульпы, направляют на дополнительную операцию очистки - контрольную фильтрацию, либо сразу на декомпозицию. Промывочную воду от операции промывки используют либо для разбавления исходной пульпы, либо для разбавления фильтрата для достижения заданной концентрации алюминатного раствора. Кек фильтров после стадии промывки либо репульпируется и откачивается на шламовое поле, либо в сухом виде транспортируется на шламовое поле для складирования сухим способом.
Таким образом, предлагаемый способ получения глинозема из бокситов обеспечивает высокую скорость разделения и промывки суспензий, что позволяет повысить концентрацию алюминатного раствора, снизить растворимые потери глинозема и щелочи, что повышает эффективность глиноземного производства.
Предложенный способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1
2
ку
3
Пульпу после выщелачивания боксита разбавляли промывными водами после промывки шлама на фильтре. Разбавление пульпы вели промывными водами до концентрации жидкой фазы по каустической щелочи 160 г/л, при этом каустический модуль раствора составил - 1,73 (без изменений относительно базового варианта). Полученную разбавленную пульпу фильтровали при давлении 8 атм. и температуре 105°С, при этом получали фильтрат и кек. Кек промывали горячей водой при температуре 80°С. Количество горячей воды на промывку подавали из расчета получения концентрации фильтрата 160 г/л по NaO. Снижение потерь растворимых глинозема и щелочи составило - 64 масс. %. Фильтрат (алюминатный раствор) подвергали декомпозиции, при этом продуктивность раствора повышалась на 5,0 кг/м.
Пример 2
3
Пульпу после выщелачивания боксита фильтровали при давлении 8 атм. и температуре 120°С, при этом получали фильтрат и кек. Кек промывали горячей водой при температуре 98°С. Количество горячей воды на промывку подавали из расчета получения концентрации смеси фильтрата пульпы после выщелачивания и промывной воды от промывки кека 160 г/л по каустической щелочи, при этом каустический модуль раствора составил - 1,68 (со снижением на 0,05 ед. относительно базового варианта). Снижение потерь растворимых глинозема и щелочи составило - 69 масс. %. Смесь фильтрата и промывной воды (алюминатный раствор) подвергали декомпозиции, при этом продуктивность раствора повышалась на 15,0 кг/м.
Пример 3
2
ку
3
Пульпу после выщелачивания боксита разбавляли промывными водами после промывки шлама на фильтре в зажатом слое. Разбавление пульпы вели промывными водами до концентрации жидкой фазы по каустической щелочи 160 г/л, при этом каустический модуль жидкой фазы составил - 1,68 (со снижением на 0,05 ед. относительно базового варианта). Полученную разбавленную пульпу сгущали. Осветленную часть отделяли от сгущенной части. Полученную сгущенную пульпу фильтровали при давлении 8 атм. и температуре 95°С, при этом получали фильтрат и кек. Кек промывали горячей водой при температуре 95°С. Количество горячей воды на промывку подавали из расчета получения концентрации разбавленной пульпы 160 г/л по NaO. При этом каустический модуль раствора составил - 1,68, что говорит об отсутствии потерь глинозема с гидролизом. Снижение потерь растворимых глинозема и щелочи составило - 61 масс. %. Фильтрат и осветленную часть после сгущения разбавленной пульпы объединяли и подвергали декомпозиции, при этом продуктивность раствора повышалась на 12,4 кг/м.
Пример 4
2
ку
3
Пульпу после выщелачивания боксита разбавляли промывными водами после промывки шлама на фильтре. Разбавление пульпы вели промывными водами до концентрации жидкой фазы по каустической щелочи 160 г/л, при этом каустический модуль раствора составил - 1,65. Полученную разбавленную пульпу фильтровали при давлении 6 атм. и температуре 105°С, при этом получали фильтрат и кек. Кек промывали горячей водой при температуре 90°С. Количество горячей воды на промывку подавали из расчета получения концентрации фильтрата фильтров 160 г/л по NaO. Снижение потерь растворимых глинозема и щелочи составило - 59 масс. %. Фильтрат (алюминатный раствор) подвергали декомпозиции, при этом продуктивность раствора повышалась на 12,0 кг/м.
Пример 5
2
ку
3
Пульпу после выщелачивания боксита разбавляли промывными водами после промывки шлама на центрифуге. Разбавление пульпы вели до концентрации жидкой фазы по каустической щелочи 160 г/л, при этом каустический модуль жидкой фазы составил - 1,65. Полученную разбавленную пульпу сгущали в сгустителях, где осветленную часть отделяли от сгущенной части. Полученную сгущенную пульпу центрифугировали при температуре 95°С, при этом получали фугат и кек. Кек промывали горячей водой при температуре 95°С. Количество горячей воды на промывку подавали из расчета получения концентрации разбавленной пульпы 160 г/л по NaO. При этом каустический модуль раствора составил - 1,65, что говорит об отсутствии потерь глинозема с гидролизом. Снижение потерь растворимых глинозема и щелочи составило - 60 масс. %. Фугат центрифуги и осветленную часть после сгущения разбавленной пульпы объединяли, фильтровали на контрольной фильтрации и далее подвергали декомпозиции, при этом продуктивность раствора повышалась на 13,5 кг/м.
Пример 6
2
ку
3
Пульпу после выщелачивания боксита разбавляли промывными водами после промывки шлама на фильтре в зажатом слое. Разбавление пульпы вели промывными водами до концентрации жидкой фазы по каустической щелочи 160 г/л, при этом каустический модуль жидкой фазы составил - 1,64 (со снижением на 0,09 ед. относительно базового варианта). Полученную разбавленную пульпу сгущали. Осветленную часть отделяли от сгущенной части. Полученную сгущенную пульпу фильтровали при давлении 3 атм. и температуре 95°С, при этом получали фильтрат и кек. Кек промывали горячей водой при температуре 98°С. Количество горячей воды на промывку подавали из расчета получения концентрации разбавленной пульпы 160 г/л по NaO. При этом каустический модуль раствора составил - 1,64, что говорит об отсутствии потерь глинозема с гидролизом. Снижение потерь растворимых глинозема и щелочи составило - 57 масс. %. Фильтрат и осветленную часть после сгущения разбавленной пульпы объединяли, фильтровали на контрольной фильтрации и подвергали декомпозиции, при этом продуктивность раствора повышалась на 14,4 кг/м.
3
Таким образом, предложенный способ повышения продуктивности алюминатных растворов с использованием технологии фильтрации и промывки обеспечивает не только эффективную отмывку шлама от растворимых щелочи и глинозема, но увеличивает продуктивность алюминатных растворов за счет повышения их концентрации и снижения каустического модуля. Так, достигнутая продуктивность алюминатного раствора находится на 5-15 кг/м выше, чем из раствора, полученного стандартным путем.
2
В качестве общего примера способ включает размол боксита на оборотном растворе, выщелачивание его, разбавление пульпы после выщелачивания боксита, обескремнивание алюминатного раствора, сгущение и/или фильтрацию и промывку суспензии красного шлама, выделение из алюминатного раствора гидроксида алюминия с последующим его отделением от маточного раствора, промывкой и кальцинацией, спекание красного шлама и/или боксита с содой и известняком, выщелачивание полученного спека, сгущение и/или фильтрацию и промывку выщелоченной спековой пульпы с получением алюминатного раствора и последующим его обескремниванием и декомпозицией, при этом фильтрацию красного шлама и выщелоченной спековой пульпы осуществляют непосредственно до или после сгущения. Отфильтрованный шлам промывают горячей водой непосредственно на фильтровальном оборудовании в количестве, обеспечивающем необходимые концентрации алюминатного раствора и жидкой фазы кека, который является отвальным продуктом, причем фильтрацию ведут при каустическом модуле не ниже каустического модуля, соответствующего равновесного алюминатного раствора. Способ позволяет повысить продуктивность алюминатного раствора, уменьшить расход тепла на выпарку растворов, потери гидроксида алюминия и щелочи с красным шламом, а также снизить расход флокулянта, сжатого воздуха и электроэнергии. Предложенный способ предусматривает одновременное проведение двух технологических процессов - фильтрации пульп и их промывку на этом же оборудовании. В производстве глинозема последовательно получается несколько пульп: первая из них - пульпа после выщелачивания боксита, из данной пульпы путем разбавления промводами получается разбавленная пульпа. Из разбавленной пульпы путем сгущения получается сгущенная пульпа. В зависимости от вида пульпы используются предлагаемые схемы получения глинозема. Для каждого завода концентрации алюминатного раствора свои и зависят от максимально уровня продуктивности достигнутого на переделе декомпозиции. Например, для растворов УАЗа этот диапазон находится в интервале 160-170 г/л по NaOку.