Опис технології процесу згущення та промивання червоного шламу, Теоретичні основи згущення -
Теоретичні основи згущення
Основна маса червоного шламу складається з дуже дрібних частинок розміром 1 - 10 мкм і навіть менше, які осідають дуже повільно. Тому за згущенні червоного шламу значення має агрегація, тобто. злиття дрібних частинок між собою та утворення більших пластівців (агрегатів).
Різка межа між освітленим розчином і осадом (згущеним шламом) у згущувачі відсутня. По висоті стовп пульпи в згущувачі можна поділити на кілька зон. Верхня зона – це освітлений розчин, з якої він безперервно виводиться у вигляді зливу. Нижче знаходиться зона згущення, де частинки опускаються під дією сили тяжіння. Ще нижче знаходиться зона ущільнення, в якій під дією ваги шарів, що лежать вище, з шламу витісняється алюмінійний розчин і осад ущільнюється. Найнижча зона - це шар ущільненого шламу, який безперервно виводиться зі згущувача.
Основними показниками процесу згущення є ступінь ущільнення шламу та питома продуктивність по зливу. Ступінь ущільнення характеризується ставленням ж:т у згущеному шламі, а під питомою продуктивністю розуміють обсяг освітленого розчину (у кубічних метрах), що виводиться зі згущувача на кожен квадратний метр площі осадження за одну годину.
На процес згущення шламу поруч із крупністю його частинок впливає низку чинників: мінералогічний склад шламу, в'язкість алюмінатного розчину, його концентрація, температура пульпи, присутність коагулянтів та інших.
Мінералогічний склад шламу визначається мінералогічним складом бокситів, у тому числі шлам отриманий; тому можна говорити про вплив на осадження червоних шламів мінералогічного складу бокситу.Ущільнюваність червоних шламів погіршується за наявності в боксіті гідратованих мінералів, наприклад, гідратованих форм окису заліза та каолініту. Ці мінерали мають високий рівень гідрофільності, чим пояснюється їх утруднена агрегація і утворення опадів, що погано ущільнюються. Негативний вплив на ущільнюваність червоних шламів надає також сидерит.
Кварц у порівнянні з каолініт набагато менше уповільнює процес відстоювання шламу, хоча при вилуговуванні також утворює гідроалюмосилікат натрію. Це можна пояснити тим, що розкладання каолініту відбувається за знижених температур з утворенням тонкодисперсного алюмосилікату, який при відстоюванні утримує багато води. Взаємодія кварцу з розчином відбувається повільно і при високій температурі. У цих умовах утворюється крупнозернистий алюмосилікат, який добре ущільнюється.
Підвищення температури вилуговування бокситу до 250 - 2600 З різко покращує відстоювання шламу, оскільки за високої температури в автоклавах відбувається незворотний процес дегідратації окису заліза.
З підвищенням в'язкості алюмінатного розчину швидкість осадження шламу та ступінь його ущільнення. В'язкість залежить від концентрації розчину та його температури. Зі зниженням концентрації в'язкість розчину зменшується, тому розведення пульпи перед згущенням значно прискорює процес згущення. В системі промивання концентрація розчину поступово зменшується від першого промивача до останнього, що сприяє більш високому ступеню ущільнення шламу в останніх промивачах.
З підвищенням температури в'язкість розчину також зменшується. Крім того, підвищена температура необхідна для запобігання гідролізу алюмінату натрію. З цих причин у системі згущення та промивання підтримується максимальновисока температура.
Ступінь ущільнення шламу зростає також із збільшенням тривалості перебування шламу в зоні ущільнення: що вище ця зона, то більше вписувалося тривалість перебування у ній шламу.
У багатьох випадках згущення шламу значно прискорюється при додаванні до пульпи коагулянтів - речовин, що сприяють зміцненню частинок шламу. Як коагулянт широко використовують житнє борошно, яке вводять у розведену пульпу в кількості 0,15 - 0,25% від маси шламу. Для цього можуть бути використані також синтетичні флокулянти – поліакриламід, сепаран та ін.
Дія коагулянтів, очевидно, полягає у знятті з частинок шламу однойменного (позитивного) заряду. Будучи в алюмінатному розчині однойменно зарядженими, частинки шламу взаємно відштовхуються, що перешкоджає їх злиттю та утворенню більших пластівців. Під впливом крохмалю (житнього борошна) частки шламу втрачають заряд і стають електронейтральними.
Дія флокулянтів ґрунтується на їх адсорбції на поверхні частинок шламу. Взаємні сили зчеплення між адсорбованими молекулами або іонами флокулянту створюють умови для злипання шламу більші агрегати. Довгий час ведуться дослідження із заміни борошна- цінного продукту харчування – синтетичними високополімерними флокулянтами.
Згущувач являє собою металевий циліндричний бак із конічним дном. У центрі бака на фермі підвішено вертикальний вал, на нижньому кінці якого закріплено гребковий пристрій, що складається з хрестовини з гребками. Гребки встановлені таким чином, що при обертанні валу вони перегрібають матеріал, що осів, від периферії до центру.
Вал приводиться у обертання від двигуна через редуктор. Зверху згущувач закритий металевою кришкою, зовні для зменшення втрат тепла в довкіллямає теплову ізоляцію. Пульпа надходить у центр згущувача через лійку. Тут швидкість руху пульпи різко падає, і тверді частинки поступово осідають на дно згущувача, а освітлений розчин зливається в жолоб і виводиться зі згущувача. Осілий шлам перегрібається до розвантажувального отвору, через який і випускається. Схема однокамерного згущувача представлена малюнку 2.
1 – бак; 2 – хрестовина з гребками; 3 - розвантажувальний отвір; 4 – жолоб; 5 - лійка; 6 – редуктор.
Малюнок 2 - Схема однокамерного згущувача
Поряд з однокамерним застосовуються багатокамерні згущувачі, що складаються з 2-5 відстійних камер, розташованих одна над одною. По висоті згущувач конічними діафрагмами поділено на п'ять камер рівної висоти. У центральній частині згущувача кожна діафрагма закінчується переточною склянкою, нижня частина якої опущена в шар шламу згущеного і утворює гідравлічний затвор. У центрі згущувача знаходиться загальний для всіх камер вал із п'ятьма ярусами гребкових пристроїв.
Дно згущувача в центральній частині переходить у розвантажувальний конус, через який вивантажується шлам. Розвантаження шламу – загальне для всіх камер. Шлам гребкових пристроїв, що осідає в кожній камері, перегрібається до центру діафрагм і по переточних склянках надходить у розвантажувальний конус. Живлення ж пульпою і від'єм освітленого розчину здійснюється в кожній камері незалежно, пульпа між камерами розподіляється за допомогою коробки, що живить. Злив кожної камери відбирається одночасно в чотирьох точках. Для цього служать чотири зливні коробки, розташовані на рівній відстані один від одного по периферії згущувача. Висоту рівня зливу в зливних трубах можна змінювати за допомогою спеціального телескопічного пристрою і цим регулювати рівні шламу вкамерах згущувача.
Основними перевагами багатокамерних згущувачів перед однокамерними є скорочення виробничих площ у цеху на встановлення згущувачів та економія матеріалів на їх спорудження. Однак у багатокамерних згущувачах висота камер нижче, ніж однокамерних, через що зменшується час перебування шламу в зоні ущільнення і, отже, знижується ступінь його ущільнення. Це, у свою чергу, вимагає збільшеного введення води в систему на промивання шламу. Нижчий ступінь ущільнення шламу - основний недолік багатокамерних згущувачів. Крім того, багатокамерні згущувачі складніші в обслуговуванні, ніж однокамерні. Тому останніми роками знову стали широко застосовувати однокамерні згущувачі діаметром до 30 - 40 м, але із збільшеною висотою бака. Схема п'ятикамерного згущувача представлена малюнку 3.
1 – циліндричний резервуар; 2 - живильні труби; 3 - коробка, що живить; 4 - гребковий пристрій; 5 – вал; 6 – переточні склянки; 7 - розвантажувальний конус; 8 – конічне дно; 9 – конічні діафрагми; 10 – зливна коробка; 11 – зливні труби.
Малюнок 3 - Схема п'ятикамерного згущувача
У районах з холодним і помірним кліматом згущувачі та промивачі червоного шламу слід встановлювати в будівлі, в районах з теплим кліматом можливе встановлення просто неба (поза будівлею).
Відношення площі згущення до площі промивки зазвичай становить (2 - 3): 1.
Промивачі, як згущувачі, мають теплову ізоляцію. Крім того, для підвищення температури в промивній системі застосовують проміжне нагрівання пульпи парою в гідрозмішувачах.
Гідрозмішувач (репульпатор) служить для змішування шламу з промводом. Він являє собою циліндричний посуд діаметром 2 - 3 м з конічним днищем. Промводанадходить у Гідрозмішувач через сопло, яке тангенціально врізане у його корпус. Шлам вводиться в гідрозмішувачі зверху, отримана пульпа відкачується знизу.
Обслуговування згущувачів та промивачів в основному зводиться до контролю за їх безперебійною роботою та підтримання певних технологічних параметрів. Нижче наводяться деякі технологічні показники роботи згущувачів та промивачів на вітчизняних заводах.