Файл: Высокотемпературное выщелачивание бокситов.docx

Проанализировав данные таблицы 1.8 можно выделить следующие моменты:

• 
  в отличие от Китайских предприятий (таблица 1.4) на заводах Урала (вариант
  

№2 и №3) энергозатраты комбинированного варианта составляют порядка 23-24 ГДж/т глинозема (учитывая теплоту сгорания условного топлива на кальцинацию и спекание), что, по-видимому, связано с меньшим материальным потоком спекательной ветки на отечественных заводах;

• 
  низкая степень извлечения глинозема в параллельном варианте Байер- спекание, в связи с образованием большого количества ГАСН, что также приводит к большим потерям каустической щелочи и высоким относительным затратам боксита.
  

Следовательно, чтобы повысить конкурентную способность параллельного варианта Байер-спекание, необходимо увеличить степень извлечения глинозема в раствор и/или повысить КПД печи спекания.

По данным, приведённым в работе [117], энергозатраты спекательных печей на глиноземных заводах России могут быть сокращены теоретически на 20% (в случае использования идеализированного аппарата). В данном исследовании был проведен анализ потребления топлива на двух предприятиях, производящих глинозем: завод А – из нефелина и завод Б – из боксита. Для проведения анализа использовался метод теплового и балансового расчета печей. В таблице 1.6 представлены характеристики исследованных печей спекания.
Таблица 1.6 – Конструктивные и режимные характеристики печей спекания, использованные в работе [117]

Параметры	Обозначение	Един. нзмер.	Завод А		Завод Б
Вид сырья			нефелин		боксит
Тип печи			Ш		I	II
Длина		м	185		51,3	66,4
Диаметр печи: - в зоне горения	Dг	м	4,4		3,1	3,1
- в загрузочном конце	Dх	м	5,6		2,7	3,3
Внутренняя поверхность печи	Fп	м2	2720		420	630
Общая поверхность теплообмена	Fт	м2	6320		420	630
Вид топлива			мазут	уголь	газ	газ
Тепловая мощность	Θ	Гкал/ч	112,0	112,0	20,0	24,0
Влажность шихты		%	29-31		37-40
Удельный пылеунос	Gу	кг/кгсп	0,33	0,33	0,86	0,75
Безвозвратный пылеунос	Gбу	кг/кгсп	0,003	0,003	0,02	0,015
Удельный расход сухой шихты: - теоретический	Gшт	кг/кгсп	1,353	1,321	1,350	1,350
- практический	Gш	кг/кгсп	1,356	1,324	1,370	1,365
Энтальпия воздуха, поступающего на горение	Qв	ккал/кгсп	122,1	127,4	100	100
Потерн тепла корпусом печи	Qпот	Ккал/кгсп	130,4	130,4	90	100
Температура отходящих газов	Тог	°С	260	260	330	280
Степень использования тепла	ηт	-	0,826	0,788	0,74	0,77

---

При расчете суммарного расхода топлива авторами получено: на заводе Б при спекании бокситовой шихты влажностью 40 % и содержанием углерода 1,8% расход составит 209,6 кг ут/т_сп, в т.ч. расход газа 174,3 кг ут/т_сп. При удельном расходе спека на 1 т глинозема - 4,3 т/т_гл расход топлива на переделе спекания составит: газа 749,5 кг ут/т_гл (22 ГДж/т_гл); общего топлива 901,3 кг ут/т_гл (26,5 ГДж/т_гл).

При спекании нефелиновой шихты удельный расход топлива ниже: 156 кг ут/т_сп при мазутном топливе и 160 кг ут/т_сп при угольном, что связано с меньшим теплопотреблением материала за счет более низкой влажности шихты и более высокой степенью использования тепла топлива в длинных печах с цепными завесами и утилизацией тепла спека в колосниковом холодильнике.

Распределение статьей расхода тепла представлено на рисунке 1.1.



А - Расход тепла спекообразования В - Расход тепла на испарение влаги С - Потери тепла со спеком из печи

D - Потери тепла с отходящими газами и пылеуносом Е - Потерн тепла корпусом печи

Рисунок 1.1 - Структура существующего расхода тепла в печах спекания, кДж на 1 кг спека: (а) - тип печи I; (б) - тип печи II, (в) - тип печи III
Также в статье [117] предлагается осуществить следующие энергосберегающие мероприятия:

• 
  Снижение влажности шихты до пределов, определяемых ее текучестью и транспортабельностью:
  
• 
  Реконструкция печей с выбором рационального соотношения L/D и диаметра отдельных зон;
  
• 
  Разработка и внедрение эффективных внутрипечных теплообменных устройств;
  
• 
  Снижение пылеуноса из печи и оборота технологической пыли;
  
• 
  Разработка и внедрение эффективных топливосжигающих устройств и футеровки с повышенными теплоизолирующими свойствами;
  
• 
  Усовершенствование систем охлаждения спека.
  

---

Энерогозатраты спекательных печей на глиноземных заводах России при реализации указанных мероприятий могут быть сокращены на 8-10%, а теоретически (в случае использования идеализированного аппарата) – на 19-20% (таблица 1.7).
Таблица 1.7 - Расход тепла на переделе спекания

Завод	Энергозатраты
	теоретическое, химизм процесса		в идеализирован ном аппарате		существующее		возможное снижение до уровня
	% (от теор.)	ГДж	% (от теор.)	ГДж	% (от теор.)	ГДж	% (от теор.)	ГДж
Б	100,0	4,5	422	21,2	587	26,4	540	24,3
А	100,0	9,2	352	32,4	437	40,2	411	37,8

Согласно списку энергосберегающих мероприятий показанных выше, одним из способов повышения КПД печи является уменьшение пылеуоноса из печи и оборота технологической пыли. В статье [118] предлагается для улучшения экологической обстановки и повышения производительности передела спекания утилизировать пыль электрофильтров.

При повышенной производительности работы печей спекания в зависимости от содержания в шихте примесей увеличивается пылевынос в количестве до 50 % от массы исходной сухой шихты [118]. Возврат пыли в шихту и увеличение содержания примесей в спекательной шихте оказывает отрицательное влияние на процесс спекания: образуются настыли,

---

нарушается аэродинамический режим, создается балластный поток и снижается коэффициент использования печей [119].

Помимо этого вынос щелочных соединений из печей спекания происходит как за счет механического уноса их с газовоздушным потоком, так и за счет возгонки щелочных солей: хлоридов, сульфатов, карбонатов. В системе пылегазоочистки для эффективной очистки отходящих газов от мелкой фракции служат электрофильтры, где улавливаются пыли спекания.

Авторами статьи [118] были найдены оптимальные условия выщелачивания пыли электрофильтров спекательного передела АО «Алюминий Казахстана» в промышленной воде с извлечением необходимых примесей в раствор.

Другим направлением усовершенствования процесса Байер-спекание является совместное автоклавное выщелачивание спека и боксита в оборотном алюминатном растворе [120-123]. Логинова Ирина Викторовна совместно с
другими исследователями впервые показала, что при совместном выщелачивании бокситов и спеков удается решить целый ряд проблем параллельной варианта Байер-спекание: повышается сквозное извлечение глинозема в раствор, исчезает необходимость в применении аппаратов периодического действия с высокой долей ручного труда (диффузоры), снижаются потери каустической щелочи с красным шламом за счет образования новых продуктов обескремнивания – алюможелезистых гидрогранатов.

Кроме того, происходит существенное сокращение энергоресурсов за счет объединения операции автоклавного выщелачивания бокситов и спеков с

---

одновременным более глубоким обескремниванием щелочно-алюминатных растворов. Также совместное выщелачивание позволяет получить более низкий каустический модуль алюминатного раствора, что необходимо для повышения степени разложения на стадии декомпозиции и осаждения крупнодисперсного гидроксида алюминия. Работоспособность данной технологии была подтверждена промышленными испытаниями, проведенными на Богословском алюминиевом заводе.

Суть процесса совместного выщелачивания бокситов и спеков заключается в том, что после спекания с содой железо, содержащееся в боксите, переходит в феррит натрия, который в свою очередь при взаимодействии с водой образует активный гидроксид железа. Наличие активной формы железа в пульпе при выщелачивании приводит к выделению из раствора алюможелезистых гидрогранатов, что подтверждают данные ИК-спектрометрии.

Еще одним из возможных направлений модернизации процесса Байер- спекание является высокотемпературное выщелачивание в цикле Байера. Так, предложено увеличение температурных параметров процесса с 230 до 300°С. Как показывают исследования [124-126] уже при 280°С фактическая степень извлечения глинозёма приближается к теоретической. С повышением температуры происходит смещение равновесия процесса в сторону более низких концентраций и уменьшается продолжительность выщелачивания.
В основу высокотемпературного [127] процесса выщелачивания бокситов положены результаты теоретических исследований системы Nа₂О – А1₂О₃ – Н₂О, согласно которым при взаимодействии бемита и диаспора со щелочно- алюминатными растворами с повышением температуры от 200 до 300° С можно

---