Влияние различных факторов на карбонизацию

На процесс карбонизации влияют такие факторы, как:

• Повышение температуры карбонизации способствует росту кристаллов выделяющейся гидроокиси алюминия.

• При карбонизации отходящие газы насыщаются водяными парами, в результате чего происходит упаривание и охлаждение раствора.

• Для карбонизации используют топочные газы печей спекания после очистки от пыли в скрубберах и электрофильтрах.

• Представляет интерес использование для карбонизации газов печей кальцинации, для которых не требуется тщательная очистка от пыли.

• Перемешивание необходимо для выравнивания концентрации раствора при карбонизации и поддержания частиц гидроокиси во взвешенном состоянии.

Способы карбонизации

На изменении качества гидрата с глубиной карбонизации основаны разные способы его получения.

1. Полная карбонизация. Она практически не применяется на заводах, т.к. в гидрат переходит почти весь кремнезем, содержавшийся в растворе, а также много щелочи из-за образования алюмокарбоната в конце передела.

2. Неполная карбонизация. По этому способу даже при карбонизации алюминатных растворов, содержащих около 100 г/л Al₂O₃ и не более 0,2 г/л SiO₂, в маточном растворе всегда оставляют около 3 г/л Al₂O₃. При карбонизации растворов с 200 г/л Al₂O₃ и больше обычно прекращают дутье при содержании в них >30 г/л Al₂O₃, что выгоднее, чем более полная карбонизация, т.к. гидрат получается чище. Но при этом с маточником в оборот поступает много Al₂O₃.

3. Карбонизация с довыкручиванием. Если спек маложелезистый, а часть маточного раствора возвращается на выщелачивание, выгоднее, чтобы с этим раствором поступало возможно больше каустической щелочи, для чего пульпу после частичной карбонизации довыкручивают. Очищенный от SiO₂ алюминатный раствор делят на две части: одну карбонизированную и маточный раствор возвращают на спекание, а вторую - карбонизируют с довыкручиванием, т.е. прекращают подачу газа, когда в растворе еще много Al₂O₃, и пульпу несколько часов. Карбонизация при таком способе заметно меньше, чем при обычной карбонизации без выкручивания, т.к. в противном случае концентрация каустической щелочи в растворе оказалась бы недостаточной.

4. Карбонизация до «молока». Иногда карбонизацию прекращают сразу же после помутнения раствора, а затем его выкручивают несколько часов, чтобы получить маточный раствор с большим содержанием каустической щелочи. Разложение при этом способе достигает до 70%, а полученная гидроокись алюминия однородна, крупнозерниста и содержит немного кремнезема. Карбонизацией до «молока» можно получать высококачественный гидрат даже из недостаточно обескремненных растворов.

5. Дробная карбонизация. Карбонизацию пульпы останавливают, раствор выкручивают несколько часов, отделяют выпавший гидрат, затем снова пропускают дутье и т.д.

Основным оборудованием, используемым в процессе карбонизации, является карбонизатор.

Устройство и принцип действия карбонизатора

Карбонизатор состоит из корпуса 1, на крышке 2 которого установлен привод 3, соединенный с помощью муфты с валом 4. На валу 4 установлены ярусные элементы перемешивающего устройства 5. В верхней части карбонизатора на корпусе 1 с помощью кронштейнов 6 закреплены газораспределители 7 с перфорированными деками 8. Газораспределители 7 соединены с патрубками 9 для подвода реагентного газа. Над перфорированными деками 8 на валу 4 установлен газодиспергатор лопастного типа.

Каждая лопасть газодиспергирующего устройства состоит из двух жестко закрепленных между собой частей, одна из которых (концевая) 10 расположена непосредственно над перфорированными деками 8, а другая 11 - между валом 4 и газораспределителями 7. Карбонизатор имеет также патрубки для подвода и отвода жидкости 12, 13, отвода газа 14 и люк 15 для чистки и осмотра аппарата.

Карбонизатор работает следующим образом. Раствор, поступающий из отделения выщелачивания и имеющий температуру 73—75°С, заливается в аппарат через патрубок 12 и одновременно включается привод 3 перемешивающего устройства. После заполнения аппарата выше уровня газодиспергирующего устройства открывается подача газа, продолжительность подачи которого зависит от содержания в нем СО₂, который через патрубки 9 поступает в газораспределители 7, под перфорированные деки 8. Струи газа, выходящие из отверстий дек 8, дробятся на мелкие пузыри турбулизованным потоком жидкости, который создается концевой частью лопасти 10 газодиспергирующего устройства, и частично отбрасываются к стенке корпуса 1 карбонизатора. Таким образом, в этой зоне создается газожидкостная смесь, насыщенная мелкими пузырьками, с большой удельной реакционной поверхностью, способствующей разложению алюминатного раствора с выделением твердых частиц (суспензии) гидроксида алюминия, являющегося целевым продуктом.

Газ пропускают до тех пор, пока содержание Na₂О_K в растворе не достигнет 1,5 - 2 г/л, что соответствует разложению раствора примерно на 97% или остаточному содержанию в нем 2—3 г/л А1₂О₃. Карбонизацию до полного выделения А1₂О₃ не ведут во избежание получения фракций гидроокиси с повышенным содержанием SiО₂.

Циркуляция этой трехфазной среды (жидкость-газ-твердое) усиливается внутренними частями 11 лопастей газодиспергирующего устройства. Угол наклона (5-45⁰) последних к горизонтальной плоскости обеспечивает увеличение скорости нисходящего потока вблизи вала 4 и заданную интенсивность циркуляции.

Концевые части 10 лопастей газодиспергатора, выполненные с отрицательным углом атаки, при прохождении над деками 8 газораспределителей за счет взаимодействия с пузырями газа, вырывающимися из отверстий дек 8 и всплывающими под действием выталкивающей силы, придают дополнительный вращающий момент валу 4 (помимо сообщаемого приводом 3). Полученная суспензия гидроксида алюминия по мере осаждения к днищу аппарата перемешивается с гидратом (для укрупнения его кристаллов) нижними ярусами 5 перемешивающего устройства и отводится из карбонизатора на дальнейшую переработку через патрубок 13. Отработанные газы через выхлопную трубу (патрубок) 14 сбрасываются в атмосферу.