Производство регенерационного криолита

При использовании мокрого способа улавливания отходящих газов, раствор газоочистки, содержащий воду, карбонат натрия, фтористый натрий, а также уловленную в скрубберах пыль (шлам, состоящий из глинозема, криолита, фтористых солей, частиц угля, погонов пека и др.), используют для получения регенерационного криолита.

Утилизация фторсодержащих соединений способствует улучшению экологических показателей производства и одновременно снижает расхода на производство алюминия за счет сокращения расхода дорогостоящего свежего криолита.

Мокрая очистка газов производится при высокой (В) или низкой (Н) концентрации солей в растворе, и поэтому в зависимости от выбранной технологии в растворах могут содержаться соли в следующих концентра­циях, г/л:

-фтористого натрия - 12-15 (Н) или 20-30 (В);

-карбоната натрия - 22-28 (Н) или 40-55 (В);

-сульфата натрия - до 70.

Принципиальная схема производства растворов и варки регенерационного криолита приведена рисунок 5. Водный содовый раствор, поступающий на орошение газа в скруббе­рах, должен содержать 3-5% NазСОз (30-50 г/л).

Фторсодержащий раствор из скрубберов после газоочистки со взве­шенными в нем частицами шлама поступает в отстойники отделения регенерации для осветления. Отстаивание растворов зависит от скорости осаждения взвешенных частиц, которая составляет всего 0,1 м/ч, но при предварительном подогреве раствора до 60-70° С удается повысить ско­рость отстаивания в 7-10 раз и увеличить производительность отстойников по осветленному раствору.

Рисунок 5 - Принципиальная технологическая схема регенерации криолита из растворов газоочистки

Осветление раствора осуществляется в сгустителе, стенки которого теплоизолированы. Осветление считается законченным, если раствор со­держит твердых взвесей менее 0,3-0,5 г/л.

Сгущенный в отстойниках шлам с соотношением жидкого к твердому Ж:Т=1-2,5 фильтруется на барабанном фильтре. Шламовая паста после распульповки в мешалках откачивается на шламовое поле, а полученный фильтрат направляется в баки осветленного раствору. Химический состав шлама в значительной степени зависит от типа используемых элек­тролизеров. Так, по данным НКАЗА, оборудованного электролизерами с боковым и верхним токоподводом, процентное содержание веществ в шламах газоочистки составляет (числитель-ВТ, знаменатель-БТ): F -32,7/15,5; А1 - 13,0/27,3; Nа - 21,9/10,5; Са - 0,5/0,4; Мg - 0,3/0,2; SiO2 -3,7/1,2; SO4- 0,9/0,3; 804- 5,2/3,7; ппп - 16,2/18,9.

Процесс выделения криолита из фторсодержащего раствора называет­ся варкой, которую можно вести как в периодическом, так и в непрерыв­ном режимах. Непрерывная варка обеспечивает более высокую произво­дительность передела и лучшее качество криолита, поэтому является пред­почтительной.

Для получения криолита необходимо приготовить алюминатный ра­створ, для чего гидроокись алюминия А1(ОН)з, растворяют в растворе кау­стической соды NаОН. При этом протекает реакция

6NаОН + 4А1(ОН)з = 2(1,5Nа20*А120з)+9Н20,

где 1,5Nа20 • Аl2Оз - алюминат натрия с каустическим модулем 1,5. Под каустическим модулем понимают молекулярное отношение оксида натрия к оксиду алюминия в алюминатном растворе.

Варка криолита ведется в теплоизолированных обогреваемых паром реакторах с мешалками и при температуре 85-95° С. Из баков-сборников осветленный раствор подается в напорный бак, из которого самотеком поступает в дозатор, а из него - в реакторы, которые обычно собираются в нитки по 3-5 штук.

В эти реакторы с нагретым фторсодержащим раствором подается строго дозированное количество алюминатного раствора. В результате взаимодействия компонентов осветленного раствора с алюминатным ра­створом практически мгновенно протекает реакция образования криолита, который выпадает в осадок.

12NаР+1,5Nа20 • Аl2Оз + 9NаНСОз = 9Nа2СОз + 2NазА1Fб + 4,5Н20.

Определяющим фактором в расчете дозировки алюминатного раствора является отношение содержания в осветленном растворе гидрокарбоната натрия к фтористому натрию (9NаНСОз) : (12NаF). Если в осветленном растворе это соотношение больше или равно 1,5, то расчет дозировки алюминатного раствора Vа производят в зависимости от количества фтористого натрия VNaF:

Va=[202 VNaF(CNaF-6)]/CAl203

где СNaF CAl203 - концентрация соответствующих компонентов в растворе, г/л. Если в осветленном растворе соотношение NаНСОз и NаF меньше, чем 1,5, то количество подаваемого алюминатного раствора определяют по содержанию гидрокарбоната натрия:

Vа=[135VNaF(CNaHCO3-3)]/CAl203

где CNaHCO3- концентрация бикарбоната натрия в растворе, г/л.

Из реакторов криолитовая пульпа с соотношением Ж:Т=(40-100):1 поступает на сгущение в сгуститель, из которого слив осветленной части пульпы (маточный раствор) направляется как оборотный содовый раствор на газоочистку, и при этом содержание соды в маточном растворе должно быть 35-60 г/л, а взвешенных частиц криолита не более 0,5 г/л.

В маточных растворах накапливается значительное количество суль­фатов, и, чтобы избежать ухудшения качества криолита, предусматривается периодическое удаление их из цикла газоочистки. Это производится обычно во время ремонта баковой аппаратуры и трубопроводов отделения регенерации путем механического удаления с их стенок отложений двойной соли NаFЧNа2SO4 или путем растворения каустической содой.

Сгущенная криолитовая пульпа с соотношением Ж:Т=(1,5-2,5): 1 из сгустителя выводится в мешалку-репульпатор и оттуда подается на ваку­ум-фильтр. Фильтрат поступает в бак маточного раствора, а отфильтро­ванный криолит еще дважды репульпируют для снижения криолитового отношения и уменьшения содержания в нем сульфата натрия, причем во второй раз пульпа регенерационного криолита смешивается со сгущенной пульпой флотационного криолита, производство которого из угольной пены рассмотрено ниже. Криолитовое отношение регенерационного криолита составляет 3,0-3,2, и поэтому его называют щелочным.

Паста смешанного криолита с влажностью 15-20% поступает в сушил­ку, где сушится до влажности 1,5%, а оттуда направляется в бункер готовой продукции и периодически отгружается в электролизные корпуса.