автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.01, диссертация на тему:Исследование и интенсификация процессов разделения пульп различного химико-минералогического состава в алюминиевом производстве

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО ОТКРЫТОГО ТИПА "ВСЕРОССИЙСКИЙ АЛЮМИНИЕВО-МАГНИЕВЫЙ ИНСТИТУТ"

(АО ВАМИ)

На правах рукописи

ЕЛИЗАРОВ Андрей Георгиевич—-

Исследование и интенсификация процессов разделения пульп различного химико-минералогического состава в алюминиевом производстве

05.17.01 - технология неорганических веществ

Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

С;1 п кт- Петербург 1996

Работа выполнена в АО Всероссийский алюминиево - магниевый институт (АО ВАМИ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Сизяков В.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Алексеев А.И., кандидат технических наук Яраш Е.Б.

Ведущая организация - АО "Уральский алюминиевый завод"

Защита состоится " " л ^Р 1996 г. в ^ час. на заседании

диссертационного совета К 139.01.01 во Всероссийском алюминиево-магниевом институте (АО ВАМИ) по адресу: 199026, Санкт-Петербург, Средний пр., д.86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " ¿-с _1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Т.А.Арлюк

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. По мнению авторитетных экспертов, основными проблемами алюминиевой промышленности в ближайшие годы будут качество перерабатываемого сырья, охрана окружающей среды и снижение себестоимости глинозема и алюминия.

Уже сегодня Павлодарский алюминиевый завод и Николаевский глиноземный завод начали переработку бокситов с повышенным содержанием примесей, а электролизные заводы, регенерируя криолит из растворов мокрой газоочистки, пытаются решить задачи экологической. безопасности и экономической эффективности.

Поскольку основу производства глинозема составляет перевод ...ксида алюминия из твердой фазы ( боксита ) в жидкую ( алюминат-нь:й раствор ), а основу производства регенерированного криолита -г:гревод фтора из газообразной и твердой фазы в жидкую, то операциям последующего отделения насыщенной полезным комп-.кентом фазы о" обедненной должно быть уделено особое внимание.

Процесс разделения пульп среди остальных процессов алюминиевого производства является, пожалуй, самым консервативным из-за ограниченных возможностей его интенсификации. Большой объем пуль-пи, подвергаемой разделению, слабая связь движущей силы процесса -розницы в плотностях между твердой и жидкой фазой с основными факторами интенсификации : температурой, давлением и временем делают задачу интенсификации весьма сложной. А изменение химичес-

кого состава твердой и жидкой фазы'разделяемых пульп может привести к невозможности его интенсификации : появление примесей в растворе

твердой фазе может изменить физические свойства раствора, усло-ы:я кристаллизации и химический состав твердой фазы, особенности электрокинетических взаимодействий между жидкой и твердой фазой, 5 седиментанионные свойства и фильтрующую способность.

Таким образом, ухудшение качества перерабатываемого сырья в алюминиевой промышленности приводит к изменению состава пульп, требует интенсификации их разделения и исследований ее закономерностей .

Целью работы являлось изучение влияния анионов солей натрия

_ 2- 2 —

С С1 , СО3 , 30^ ) на процессы разделения пульп красного шлама и после мокрой газоочистки электролизного производства, и их инте сификация с помощью высокомолекулярных, органических, синтетических флокулянтов.

Научная новизна. Разработан способ оценки относительной эф-

фективности цикла Байера по площади его геометрического отображения на осях Ма^Ообщ - , позволяющий в условиях накопле-2- 2-

ния примесей С1 , ЗО^.СОз в растворах

- корректно сравнивать эффективность в разные периоды ;

- оценивать влияние увеличившейся концентрации общей щелочи ;

- учитывать химические потери активной щелочи, связанные с растворением примегей.

— 2 - 2 -

Изучено комплексное влияние С1 , С0| , БСЦ на плотность и вязкость алюминатного раствора, кристаллизацию гидроалюмосиликата натрия и его плотность, морфологию соединений железа, коагуляцию и флокуляцию твердой фазы, уплотнение красного шлама. Показано, чго соли-сильные электролиты ИаС1 и На2504 и слабый электролит КатСО:;, по-разному растворяющиеся в алюминатном растворе, оказывают, как правило, противоположное влияние на физические свойства :азделяемых фаз, определяющих эффективность разделения. В этих условиях объяснена интенсифицирующая роль флокулянта, которая :аключается в уменьшении отрицательного и усилении положительного влияния примесей.

В результате изучения химического и фазового составов твердой и жидкой Фазы пульп, образующихся после мокрой газоочистки на за-

водах с различной технологией электролиза и испытаний большого количества ф.г.окулянтов различного типа установлено, что в условиях высоких значений рН ( ¡9 - 11 ) и колебаний концентрации твердой фазы ( 0,5 - 20 г/л } эффективны флокулянты с высокой степенью аниониости ( 30 - 80 X ) и различной молекулярной массой 6

( 2 - 20-10 г/моль ).

2-

Иэучено влияние наиболее характерной примеси ЭОь р пульпах после мокрой газоочистки'на фильтрацию влама и криолита. Показано что эффективность фильтрации связана с особенностями гидратации

г- +

ионов БОц и и силой их взаимодействуя с частицами твердой фазы различного размера. ;

Практическая ценность. Уточнена Формула Монтвида эффективности оборота щелочи в цикле Байера для условий роста Иа20общ при переработке бокситов с повышенным содержанием примесей-солей натрия.

Показано, что присутствие С1- и БО^ - ионов в пульпах красного шлама повышает эффективность применения флокулянта, благодаря чему дозировка флокулянта может быть уменьшена.

Разработана технология разделения пухьп, образующихся после мокрой газоочистки в электролизном производстве алюминия. Технология прошла успешную проверку в слытно-промышленном масштабе на Таджикском алюминиевое заводе и внедрена на Братском алюминиевом заводе. Ожидаемый экономический -эффект от внедрения составляет 1974 тыс.руб.( по состоянию цен на 1991 год ).

Работа выполнялась в рамках Целевой программы научно-иссле-довательскиу . промышл-^ногх и проектных работ, связанных с полным перевод^ "АЗа на пе еработку бокситов Краснооктябрьского рудоуправлен,./I на период 1986 - 1990 г и Межотраслевой комплексной программой научно-технического прогресса и ускорения развития алюминиевой промышленности на 1985 - 1990 гг. и на период до 2000 года.

- в -

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика оценки сравнительной эффективности цикла Байера в условиях накопления в растворах цикла С1~: графическое отображение изменений в цикле Байера при накоплении в ней примеси и расчет на его основе эффективности оборота щелочи в разные периоды времени.

2. Закономерности разделения пульп красного шлама в присутствии

-2-2-

примесей С1 , СОд , БО^ : результаты влияния примесей на плотность и вязкость жидкой фазы пульпы красного шлама; роль примесей в кристаллизации ГАСН - основной составляющей твердой фазы пульпы; эффективность флокуляции и коагуляции красного слама при наличии примесей в пульпе; обсуждение механизма влияния примесей на разделенно т?; пг^пц красного шлама.

3. Технология разделения пульп, образующихся после мокрой газоочистки в электролизном производстве алюминия, с помощью фло-кулянта: химико-минералогические особенности пульп, образующих ся при различных технологиях электролиза; выбор в лабораторных условиях эффективных флокулянтов.

4. Опытно-промышленные испытания разделения пульп после мокрой газоочистки : методика проведения испытаний и основные результаты.

Апробация работы. Основное содержание работы докладывалось :

- на Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Производство глинозема, алюминия и легких сплавов", Ленинград, 1990 г.

- на ежегодной конференции молодых специалистов ВАМИ, С.-Петербург, 1991 г.

Публикации. Опубликовано 7 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из

введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Она изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка, 18 таблиц, 4 фотографии. Список литературы включает 108 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проанализированы основные тенденции интенсификации разделения пульп в алюминиевом производстве, обобщены известные данные

2- 2-

о влиянии примесей С1 , Си^ , 50^ на разделение.

На основании выполненного анализа литературных источников определены основные задачи исслед:ваний :

- оценить влияние накопления в алюминатном растворе хлор-иона на эффективность операций в цикле Байера ;

- изучить совместное влияние находящихся б алюминатных раство-

2- 2,-

рах ионов-примесей С1 , СО3 , ЗСЦ на их вязкость и плотность ;

- исследоЕать комплексное влияние примесей на кристаллизацию ГАСН и особенности осаждения чэстиц твердой фазы при гравитационном и флокуляционном разделении ;

- изучить химико-минералогические особенности пульп, образующихся после мокрой газоочистки, и особенности флокуляции шламов

2- 1в этих пульпах < в том чис."е . б присутствии примесей СО3 и ЭСЦ ) .

_

Приведены результаты исследований влияния примесей С1 , СО3

г-

ЭОг, на эффективность цикла Байера и процессов, идущих при разделении пул1н > ,-асного шлама.

Удобную в< зможность для •-.■бщей количественной оценки влияния п)имесей на ц.кл операций Банера предоставляет опыт работы АО

"ПАВЛОДАРСКИЙ АЛЮМИНИЕВЫЙ ЗАВОД". В связи с истощением Тургайско-го бокситового месторождения чавод в последние годы постепенно переходит на переработку бокситов Краснооктябрьского, Белин-

ского и Аятского месторождений, значительно отличающихся повышенный содержанием примесей СО , Б, С1 и др. Промышленная переработка этих бокситов показала, что концентрация С1~в растворах Байеров-ского цикла в отличии от других примесей, заметно увеличивается < например, в алюминатном растворе после выщелачивания в 1986 г. -78,4 г/г, в 1989 г. - 111,4 г/л ИаС1 ). Общую картину изменений в цикле Банера дает диаграмма На20 - А^О^ - ( рис.1 ). Построенные четырехугольники цикла на этой диаграмме за разные год п^ данным завода показывают, что в цикле с ростом содержания С1~ происходило изменение о^ о и с^ а, а также менялась концентрация обще: шелочи.

. ; г и каустической щелочи в цикле Байера на

ддреком алюминиевом заводе б разные годы.

Как известно, площадь четырехугольника цикла Байера характеризует эффективность составляющих его операций. Справедливым, следовательно, будет утверждение о том, что снижение или рост эффективности, вызванный накоплением или уменьшением в растворах концентрации С1" и других примесей ( т.е. изменением концентрации общей щелочи ) может быть охарактеризован уменьшением или увеличением площади цикла.

Площадь любого четырехугольника с координатами вершин XI...Х4, V1...Y-S. может быть определена по оормуле : S Р1Р2'\?Г'4 = I / 2 < X1 - X2XY1 + Y2; + <Х2 - X3)(Y2 + Y3) -^ <ХЗ - X4XY3 + Y4) + (Х4 - X1XY-. + Y1)

После ауены X и Y ?начениями Na20- бщ и А1,3з соответственно и! некоторых преобразеранмй :

в ? Л д

. :-к.,<Ло - а м А120ЗН -•: А1203к - AIJOjk >: А120}Н ).

к - коэффициент масштаба, доказывающий. какая концентрация Кз->Собщ и AljO^cooTBéT гтвует 1 см на осях X и Y;

в - 3 - д д

Al^O^H, AI2.O3H и - концентрации А]^С»з со-

ответственно в начале и конце выщелачивания и декомноэицн;-

о и а - каустические модули соответственно оборотного

алюминатного расгво;ов.

Расчет по этой фс t-муле пикагкьа?т, что эффективность операций цикла Байера в 1980 г. была меньше, чем в 1Э79 г. в 0,73 раза, а s' 198Р г. мсныас-. чек г 1336 - в 1,12 рпза.

ПуЧЗЬ'Чную оценку : помощью критегил Монтвида в данном случае сделать Трудно и при подстановке & него значений МлОобщ. с.бщ

и (\о ■ щ не будет гкдел^на роль каустической щ-;лоч;:, а при под-станчнк' Нз^Оку, oL а ку, о(. о ку - роль примесей. Иг-вестно, что чем оол:,шо концентрация NajOKy в о г лротном растворе, ( а, значит, и конце гграция Ма20акт ), тем выше эффективность оборота щелочи.

Иа^Оку

Следовательно, отношение - может

На20общ - На20ку

являться показателем роли имеющихся примесей.в обороте. Чем больше Судет значение дроби, тем выше будет эффективность цикла. Это отношение, подставленное в формулу Монтвида, позволяет оценить влияние примесей на эффективность оборота :

Иа^Оку с/, о - <А а

Эо = НарОку х - х -х 1,645

Иа^Ообщ - На^Оку <А ох о( а

Физические свойства растворов, как известно, определяют закономерности разделения суспензий. Нами было изучено влияние кон-2- 2-

центрации С1 , СО^ , на изменение плотности и вязкости синтетического алюминатного раствора ( Рис. 2-4 ).

Прежде всего, следует!отметить, чго моноточный рост концентрации С1 в алюминатном растворе, содержащем примеси - иона и 2 -

- иона, зедет к необычным изменениям плотности при повышении их концентрации.

Увеличение концентрации СО3 на 8 г/л при неизменной концентрации 50ц приводит к нарушению монотонного роста плотности ( Рис. 2а)

и образованию участка ее стабильности ( Рис. 26). Увеличение же в

2- 22 раза концентрации при неизменной концентрации СО^ способствует появлению на кривых участков уменьшения плотности при увеличении концентрации С1~ с 24,2 г/л до 72,7 г/л ( Рис. 2в). Указанные особенности отмечаются при всех температурах.

В растворах, содержащих кроме С1~ карбонат-ион, увеличение концентрации последнего на С г/л способствует уменьшению амплитуды колебаний плотности.

В растворах только с сульфат.-ионом увеличение его концентрации в 2 раза, нгнц.ч-.тнь, в.?де V к увеличению колебаний плотности. Монотонность отмечаете л п-л» к» при низкой температуре 20°С.

С1"\21дн* 95,9

72,7

Щ

1,20. 1,22 1,24. 1,26 1,28 РО Ш р,г/-см*

96,9

72,7 Щ

2^,2

95,9

72,7 Щ

2%г

1,70 1,72 1.2Ц 1,26 1,28 1,30 1,32 <?,г!смЗ

Рис. 2 Зависимость плотности алюминатного раствора от кониентоа-

2-

иии С1 пои наличии в растворе. г/дм ( а-12.54 СО^ и 8.5 50ц : 6-20.52 СО} и 8.5 БсД : в-12.54 СО3 и 17 ) и от

температуры. °С ( 1-20: 2-65: 3-75: 4-85 ).

96,9

72,7 Щ

2к,2

2,0 2,2 г,к 2,6%,мПа'С

Рис.3 Зависимость вязкости алюминатного раствора от кониентраии

2- , 201 пси наличии в растворе, г/пи ( а-20.52 С0_} и 8.5 БОц :

6-12.54 СО^'н 8.5 БО*" : в-12.54 СО^ и 17.0 БО^ > и от том

пердтуры. С ( 1-20:

-65: 3-75 ).

Результаты изучения влияния концентрации С1~ на вязкость

2- 2-

алпминатных растворов, содержащих С0а и Б0£, , отражены на рис.3 Наиболее интересной закономерностью является лонихение-повы-

шение вязкости- при всех температурах с повышением концентрации

- 2- 2—

С1 в растворе, содержащем 20,52 г/л С03 и 8,5 г/л БО^ ( Рис.За).

2-

Понижение концентрации СО^ приводит к нивелированию заметных колебаний вязкости : они остаются по-прежнему выраженными только для температуры 85*С, хотя амплитуда колебаний меньше ( Рис.Зб ) Увеличение содержания приводит к еще большему уменьшению

амплитуды у. увеличению частоты колебаний вязкости. При 75*С наблюдается почти монотонное увеличение вязкости ( Рис.Зв ).

Аномальные изменения физических свойств алюминатных раство-¡:оз , очевидно, связаны с полимерной структурой алюминатных ионов и влиянием, которое оказывает на нее растворение солей натрия. Это предположение подтверждают кривые изменения плотности в щелочном растворе ( Рис.4 }. В нем нет ионов алюминия, следовательно, и полимерной структуры, а солевой состав аналогичен приведенному на рисунке дбд

\ 72,7 о

24,2

Рис.4 Зависимость плотности щелочного раствора от концентра-

2-

:г.1.. С1 при наличии в растворе, г/л ( 12,54 СО3 и 17 > I! от температуры,°С ( 1-20, 2-65, 3-75 .. 4-85 ). Г-оль сол.... натрия в аномальных изменениях физических свойств растворов объясняется как минимум двумя причинами :

- во-пергых, при растворении изменяются концентрации свободной и связанной каустической щелочи ;

- во-вторых, растворение различных солей происходит по различным механизмам с образованием в растворе ионов НСО^и ОН" ( гидролитическое растворение Иа2С03 ) и малоподвижных соль-ватных структур с большими межцонными силами взаимодействия ( диссоционное растворение ИаС1 и ^230^ ).

Очевидно, что следствием полимеризации будет увеличение плотности и вязкости раствора, а следствием деструкции - уменьшение. Вид кривых на рис. свидетельствует о том, что монотонный рост концентрации С1~ при увеличении концентрации карбонат-иона способствует полимеризации алюмннатных ионов раствора, а гри уменьшении концентрации сульфат-иона - их деструкции. Этот вывод подтверждают и кривые изменения вязкости.

Нами были также рассмотрены различные аспекты влияния примесей нг. твердую фа?у пульпы, закономерности ее седиментации и флокуля-ции.

Нч примере каолиновой пульпы, содержащей примеси, показано, что между составом пульпы и содержанием воды в реветке ГАСН имеется взаимосвязь. Например, увеличение концентрации С1~ и БО^ ведет к закономерному снижению содержания воды, а увеличение концентрации СО3 - к его увеличению ( таблица 1 ).

Таблица 1.

Зависимость плотности твердой и жидкой фазы каолиновой пульпы от -концентрации примесей.

Без Г1 ри -месей Концентрация принесен ,г/л

'Г >2-м 3 ,6 2,74 5 1 . 2 ______ 2 , 60 С1~ со]- I

8,6 76 ,9 2,56 100,7 2,54 12-;,з 2 .0 21,0 31,6;

£) т, г/см 2,82 2,74 2,60 2.57'

У? ж, г/см 1 , 176 1 , 175 1 , 180 1, 193 1, 188 1, 206 1,; .1 1 , 196 1,182|

¿у? , г/см 1,644 1 , 565 1, 56 1 ,407 1 .05 1, 372 1,73 1 ,334 1 ,68 1 , 28 1,404 1,388|

Н^О,моль/ моль ГАСН 2,32 1,71 ¡1,52 1 , 0 1,41 • 1,04 ;

Из таблицы видно, что плотность твердых фаз зависит от содержания воды в решетке ГАСН, которое в свою очередь определяется концентрацией примесей в растворе.

Эффективность процесса разделения пульпы на твердую и жидкую

I

фазу зависит прежде всего от скорости осаждения частиц шлама в алюминатном растворе, которая по формуле Артюшина С.П. определяется плотностями разделяемых фаз.

Результаты расчета1 скоростей и измерения плотностей разделяемых фаз для пульпы красного шлама сведены в таблицу 2.

Таблица 2.

Зависимость плотности жидкой и твердой фазы и скорости их разделе-

I

ния в пульпе красного шлама от содержания примесей в алюминатном растворе.

Н- опыта 1. 2. 3, 4 . 5. 6. 7. 8. 1 9'

Концентрация С1~ . г/л - 100,7 - - 100,7 100,7 - 100,7 50,3

Концентрация СО^ , г/л - - - 21 21 - 21 21 9,7

Концентрация 30, г/л - - 8,5 " - 8.5 8.5 8,5 3.7

Колучество содалита, I. 15 90 15 10 95 60 10 55 55

Плотность твердой С^ззы, г/сн г.85 2.69 2,82 2,77 2,68 2.70 2,61 2,60 2,74

Плотность жидкой фазы, г/см3 1.218 1,236 1,234 1,234 1.27 1,248 1.230 1,255 1,238

Разность плотностей, г/см^ 1.632 1.454 1,586 1,536 1.41 1,452 1,38 1,345 1,502

Скорость осаждения без фло-кулянта, м/ч 0,3 0.4 0.2 0,2 0,3 0,4 0,3 0.3 0,2

Прирост скорости, X - 33,3 -33,3 -33,3 0 33,3 0 0 -33,3

Скорость осаждения с флоку-лянтон. м/ч 1,5 3.0 1.8 1.3 1,8 2,1 1.9 1.9 1.7

Прирост скорости, X - 100 20 -13,3 26.7 40 26,7 26,7 13.3

Максимальный прирост скорости (33,3%) для несфлокулированных

2-

частиц отмечается в пульпе, содержащей С1 ,а также С1 и ЗОг, Остальные примеси не способствуют увеличению скорости или даке уменьшают ее.

Максимальный прирост скорости ( 1002 и 40%) для сфлокулиро-ванных частиц отмечается в пульпах, содержащих соответственно С1

ия плотностей

2-

и 50/, . Наличие сульфат-иона и совместно - сульфат-иона и карбонат-иона также увеличивает скорость разделения;

Практический интерес представляют результаты разделения пудь-

- 2— 2-

пы в присутствии трех примесей : С1 .БО/, ■ и СО3 , поскольку это

I

отвечает прмышленным условиям. Как видно из таблицы, накопление всех трех примесей однозначно способствует росту скорости сфлоку-лированных частиц красного шлама.

Совместное рассмотрение результатов определен к разделяемых фаз и скоростей их разделения в пульпе красного шлама указывает на тс, что разница в плотностях не является фактором, определяющим скорость.

Как известно, соли натрия, являясь электролитами, могут способствовать коагуляции частиц твердой фазы. Нами было проведено

фотографирование ( увеличение 34,4 раза ) красных шламов с добав-

7- 2-

ками СО3 -иона. 50^ -иона и флокулянта.

Шлам, выделенный из пульпы, содержащей только СО5 - ион, представлен в основном мелкими частицами, среди которых встречаются отдельные некрупные агрегаты.

Скорость осаждения шлама при таком солевом составе составляет 0,2 м/ч и меньше, чем скорость осаждения из пульы, не содержащей примесей. Введение в пульпу флокулянта приводит к образованию флокул, размер которых значительно превышает размер агрегатов в первом случае. Однако, хотя скорость осаждения таких флокул также значительно больше (1,3 м/ч), тем не менее, она меньше, чек скорость осаждения сфлокулированных частиц из пульпы. не содержащей примеси (1,5 м/ч).

Сульфат-ион имеет более высокую коагулирующую способность, чем

2-

СО3. Добавка сульфат-иона в пульпу способствует укрупнению основной массы частиц и увеличению размеров уже образовавшихся агрегатов. Скорость осаждения увеличивается до 0,3 м/ч и становится равной скорости осаждения в пульпе без примесей.

2- 2-

Введение в пульпу, содержащую СО} -ион и БО^, -ион, флоку-лянта способствует объединении отдельных флокул в макрофлокулы и, как следствие, увеличению скорости осаждения до 1,9 м/ч, которая превышает скорость осаждения сфлокулированных частиц из пульпы, не содержащей примеси.

Было также изучено влияние примесей на весовое отношение Ж:Т в шлаках после разделения каолиновой пульпы и пульпы красного шлама и разложение алюмогетитов.

На основании полученных закономерностей предложен для обсуждения механизм влияни?. примесей на твердую и жидкую фазы в процессе их разведения.

Анализ состава алюминатных ионов показывает, что в алюми-натном растворе, также как и в воде, растворение НаС1 и Иа^ЗО*, может проходить по диссоционному, а На2С0з - по гидролитическому механизмам.

В результате гидролиза Иа^СОз концентрация ионов ОН"в растворе возрастает, что приводит к изменениям их активности при различных температурных и концентрационных условиях :

- активность ионов ОН может понизиться, и тогда увеличится вероятность образоЕания ковалентных связей ОН - А1(0Н), что приведет к полимеризации алюминатных ионов ;

- активность ионов ОН'может повыситься, что приведет к увеличению извлечения А1^0з ■

Растворение в алюминатном растворе примесей На220^ и НаС1 приводит 1 связыванию части ионов ОН'в сольватные структуры, следствиечего является деструкция полимерных звеньев алюминатных ион.>в. При этом степень деструкции связана со степенью сольватации ионов 50^ и С1 , которая различна в силу различия зарядов ионов и их диаметров. Сольватированные ионы могут отталкивать свободную воду, что может способствовать увеличению гидратации щелочных алюминат-ионов.

Взаимодействие ионов СО3 с твердой фазой ( внедрение их

в кристаллическую решетку ГАСН ) незначительно, очевидно, по

следующим причинам : во-первых, гидролиз в исследуемых услови-

2-

ях ид,гт достаточно интенсивно; во-вторых, размер иона С03 больше, чем размер других ионов ( в частности, ОН" , который, входя в решетку ГАСН, увеличивает плотность твердой фазы ). При этом скорость осаждения твердой фазы не увеличивается. Очевидно, это связано с преобладающим ростом пл.отности жидкой фазы ( следствие полимеризации ) слабой коагулирующей способностью иона Со| , который теряет при гидролизе часть своего отрицательного заряда.

При взаимодействии ионое С1 и Soí¡ с решеткой ГАСН из нее

происходит вытеснение воды. При этом уменьшается плотность

, i твердой фазы ( присутствие С1 ведет кроме этого к перестройке

структуры ГАСН от нозеана к содалиту ).

!к>еы~'?ние-понижение ( Ж:Т ) в шламах, очевидно, объясняется концентрацией примесей в структуре ГАСН : чем она больле, тем меньше вероятность сольватации и ниже ( Ж:Т ). Частицу не имеющие широкой водной оболочки, флокулируются лучше. Агрегация же сильно сольватированных частиц и высокая скорость их осаждения приводит к захвату образовавшимся агрегатом жидкости, непрочности агрегата и повышению ( Ж:Т > в осадке.

Изучен фазовый, химический и минералогический состав твердой фазы пульп после газоочистки и варки крислита алюминиевы< заводов с различными технологиями лектрохиз ..

Рассмотрен химический со ; дв жидк .н <;азы пульп и определены основные физические характеристики. Уста!овлено, что пулкпы характеризуются низкой концентрацией твердой фазы, ее высокий дисперсностью и низкой плотностью жидкой фазы.

Высокая дисперсность частиц, а, следовательно, высокое отношение площади их поверхности к массе или поверхностного заряда.......

к массе способствует увеличению силы отталкивания между частицами. Низкая температура пульпы после газоочистки ухудшает условия диффузионных перемещений. Небольшая концентрация твердой фазы, исключающая возможность самокоагуляции, наряду с перечислен- 1 ными особенностями обуславливает низкую скорость разделения пульп, необходимость в дополнительных площадях сгущения и потерю ценных компонентов с осветленным раствором.

Некоторые факторы играют одновременно положительную роль : низкая плотность жидкой фазы и невысокая концентрация твердой фа;ы способствует осаждению частиц шлама в свободных условиях. Тем не менее, влияние неблагоприятных факторов сильнее, и средняя скорость естественного разделения промышленной пульпы после газоочистки.например, на Таджикском алюминиевом заводе невелика я с;.стг.вляет 0,06 м/ч, а пос.г-. 2_:?ки криолита - 0,09 м/ч. В осветленной части пульп остаточное содержание твердой фазы составляет не менее 0,4 г/л, а зачастую значительно превышает допустимую технологическим регламентом концентрацию.

С целью интенсификации процесса разделения в лабораторных условиях были испытаны отечественные и импортные синтетические Флокулянты с различными характеристиками (рис.5 ).

Высокую эффективность проявляют реагенты с высоким зарядом и различной молекулярной массой ( "Алклар" »5-23, И0-50, 600,

Суперфлок" НМ0-50; "Аронфлок" ТА-24; "Престол" 2395, 2540; "йкромидан" 63, 65, 128, 129, 134; ПАК 157, 159 ).

Ото объясняется тем, что рН изучаемых пульп достаточно высок и одинаков - 9-10. Высокое значение рН ведет к образованию высокого отрицательного заряда на частицах, что способствует увеличению сил отталкивания между ними и повышению устойчивости суспензии, которую можно разрушить введением сильнозаряженного реагента.

Н, см

10

2Г

мин

г.

мин

мин

Рис.

Кривые осаждения твердых фаз в пульпах пс (|ле газоочистки на Запорожском алюминиевом

комбинате ( а ), Таджикском алюминиевом :;.воде ( б ) и Братском алюминиевом заводе ( в ). а (■ в

1 - Без флокулянта 1 - Без флок; лянта 1 - Без флокулянта ( I = 20°С )

2 - АКРОМИДАН 2 - ПРЕСТОЛ г 395 2 - АЛКЛАР 600 ( Ь = 50"С )

3 - АЛКЛАР ИС - 23 3 - АЛКЛАР 600 3 - ПРЕСТОЛ 2395

4 - АЛКЛАР 600 4 - АКРОМИДАН 4 - ПАК

5 •• СУПЕРФЛОК МЮ - '50

6 - Без флокулянта ( Ч = 5й°г

Значительные колебания концентрации твердой фазы в пульпе объясняют успех использования флокулянтов с различной молекулярной массой : чем выше концентрация твердой фазы в пульпе, тем выше должна быть молекулярная масса полимера при одинаковой дозировке.

В пульпах электролизного производства также, как и в пульпе красного шлама, в качестве примеси присутствует 50^ . Нами было

г.- 2-

изучено влияние БОц и СО3 на фильтрацию сфлокулированного и несфло-кулированного криолита и шлама после газоочистки. Установлено, что повышенная концентрация указанных ионов в пульпах ухудшает показатели процесса : увеличиеет время фильтрации и остаточную влажность кека. Использование флскулянта в этом случае приводит к интенсифика

ции ¿ильтраиии. Предложено объяснение отмеченным фактам.

Опытно-промышленные испытания флокулянта были проведены при разделении пульп нд Та;:-:.:<•:ком алюминиевом заводе и Братском алюминиевом ?азоде.

Эффективность выбс 1 .■■::■■>!'го на лабораторном этапе флокулянта зависит б промих'лгнных усл;:-и;|х от качества его приготовления и условий подачи в пульпу. Перечислены необходимые требования к приготовлению и дозированию ф.: окулянтов, эскизы дозаторов, показана связь методики пр бсд-нй;: испытаний и аппаратурно-технологических особенностей рег-:не рации криолита на ТадАЗе и БрАЗе .

выводы

1. Разработан способ оценки относительной эффективности цикла

Байера при переработке бокситов с повышенным содержанием С1~,

2- 2-С03 , SOi| .

2. Изучены физические свойства алюминатных растворов ( Na2ÜKy =

J о ")

100-300 г/л, оСку=1,7иЗ,0 ), содержащие примеси С03~и SOiJ

о _

при температурах 50-100 С и повышении концентрации 01 с 0 до 100 г/л.

¡

Показано, что плотность и вязкость растворов изменяется аномально. Это объясняется особенностями строения алюминатных растворов и влиянием идущих при растворении в них примесей процессов гидролиза и диссоциации.

Изучено влияние примесей на эффективность выщелачивания боксита и обескремнивание алюминатнаго раствора. Установлено, что увеличение извлечения А1г03 в раствор ( максимально на 3,5 X ) возможно при наличии в растворе С1~ -иона, С03 - иона, а также совместно Soij - и СО3 - ионов. Степень обескремнивания раствора увеличивается в присутствии трех примесей Cl", Со|~, SO* ( 10.9 % ). Л . Исследована связь химического и фазового состава основы красного шлама - ГАСН с плотностью твгрдой фазы np,¡ наличии примесей С1~ ,С0з~ ,SOt¡".

Установлено, что плотность твердой фазы определяется концентрацией примесей и не зависит от количества образовавшегося содалита.

5. Определена интенсифицирующая ролt S0¿¡ - иона в процессе фло-куляции частиц красно:-:, шлама с п."»мощью флокулянта, которая заключается в предварительной коагуляции частиц и уменьшении отрицательного влияния карбонат-ионов на размер флокул.

6. Проанализировано изменение разницы в плотностях между твердой и жидкой фазой при наличии в пульпе примесей и его влияние

на скорость осаждения сфлокулированных и несфлокулированных частиц красного шлама.

Отмечено, что при использовании флокулянта влияние разницы плотностей становится незначимым, а роль удельной поверхности определяющей. Максимальный прирост скорости по сравнению

с пульпой без примесей отмечается в пульпе, содержащей С1 .2-

ион - 33 и 100 X, а также С1 - ион и БО^ - ионы - 33 и 40 % ( соответственно для несфлокулированных и сфлокулированных частиц ).

7. Изучено влияние примесей на уплотнение шлама.

2-

Установлено, что наличие в пульпе С1 и БО^ - ионов позволяет получить ( Ж:Т ) несколько меньше, чем при уплотнении шлама в пульпе без примесей. Применение флокулянта заметно понижает ( Ж:Т ), нивелируя влияние примесей. 3. Предложен для обсуждения механизм влияния примесей на твердую и жидкую фазы в процессе их разделения, заключающийся

2- 2-

з противоположном действии ионов С1 и БО/, и иона СО3 на физические свойства жидкой и твердой фазы, объясняемом диссо-ционным принципом растворения первых и гидролитическим - второго .

9. В результате обследования схем мокрой очистки газов алюминиевых заводов, работающих по различным технологиям электролиза, были изучены и обобщены особенности состава твердой и жидкой фазы пульп после газоочистки и варки р.генерацией■ ного криолита с целью определения способа инте, сификации и> разделения.

10. Выполнен цикл лабораторных исследований по разделению пульп

после мокрой газоочистки и варки криолита.с помощью Флоку-

лянтов с различным молекулярным весом, величиной и знаком

2- 2-

заряда и фильтрации шламов в присутствии примесей БО/, и СО3 . Определено, что высокой эффективностью обладают флокулянты, имеющие высокий положительный заряд активных групп и различную молекулярную массу.

Показано, что примеси ухудшают показатели фильтрации. Пред -верительная флокуляция приводит к интенсификации фильтрации при оптимальной дозировке используемого флокулянта.

11. Проведены опытно-промышленные испытания разделения пульп после газоочистки и варки криолита с помощью флокулянта на Таджикском и Братском алюминиевых заводам. —-

В опытно-промышленных условиях подтверждена высокая эффективность разработанной технологии разделения пульп электролизного производства, получены исходные данные для расчета ожидаемого экономического эффекта.

Технология внедрена на Братском алюминиевом заводе.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Елизаров А.Г. Роль некоторых солей.натрия в процессах принудительного разделения суспензий красного шлама. Тезисы

к докладу на Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Производство глинозема, алюминия и легких сплавов". 1990. Ленинград.

2. A.c. 1607322. СССР. Способ переработки глиноземсодержаще-го сырья на глинозем. Мальц Н.С.,Токарев Г.В., Елизаров А.Г

Насыров Н.З. 1990 г.

3. Елизаров А.Г., Мальц Н.С., Репницкая O.A. Использование флокулянтов для гнтенсификации разделения пульп, образующихся после мокрой газоочистки. Исследование сырья, аппаратуры и технологии глиноземного производства. 1991. Ленинград . с .

4. Елизаров А.Г., Мальц Н.С.. Захуртдинов М.А., Кадыров H.A., Бабаев Ф.Б. Использование флокулянта для интенсификации фильтрации шламов. образующихся после мокрой газоочистки. Исследование сырья, аппаратуры и технологии глиноземного производства. 1991. Ленинград, с. 46.

5. Е.гизаров А. Г., Репницкая O.A., Кутькова H.H. Физические свойства алюминаткого раствора, содержащего соли натрия. Цветные металлы, 1992, N 9, с. 39.

6. Елизаров А.Г., Цеховольская Д.И., Мальц Н.С. Особенности

кристаллизации гидроалюмосиликата натрия из пульпы, содер-2- 2-

;ащей С1 ,С03 ,550 ц . Цветные металлы, 1993, N 4, с. 24.

7. Елизаров А.Г. Исследование и интенсификация процессов

разделения пульп алюминиевого производства, содержащих

- 2- 2 -примеси С1 , С0^ , . Тезисы к докладу на конферен-

ции "Научные основы и разработка новых технологий комплексной переработки минерального и техногедно££_сыр}/я цветной металлургии". 1995. Ьлн&ты /