Аппарат для выщелачивания твердых материалов

Аппарат для выщелачивания твердых материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОЬРЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЙЬСТВУ (и) 480437

Союз Соаетскик

Социалистические

Реонублии (б1) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 22.10.71 (21) 1707896/23-26 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет (32) Приоритет

Совета Министров СССР по делам изобретений

Опубликовано 15.08.75. Бюллетень ¹ 30 (51) М. Кл. В Olf 1/00

С Olf 7/02 (53) УДК 66.061(088.8) и открытий

Дата опубликования описания 13.10.75 (72) Авторы изобретения

А. К. Стяжкин, Н. С. Шморгуненко, ll. Л. Устич, В. Я. Абрамов, Н. Г. Линдтроп, В. К. Гончаров, Л. В. Кислюк и К. Г. Блинкин

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт алюминиевой, магниевой и электродной промышленности (71) Заявитель (54) АППАРАТ ДЛЯ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ ТВЕРДЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области противоточного выщелачивания, преимущественно глиноземсодержащих спеков, движущихся плотным слоем в аппарате.

Известен аппарат для противоточного выщелачивания алюминатных спеков, который состоит из загрузочного устройства, вертикального цилиндрического корпуса со встроенным холодильником и разгрузочного устройства.

Спек подается в аппарат сверху, выщелачивающая жидкость закачивается в нижнюю часть аппарата. По мере выгрузки шлама из нижней части аппарата спек под действием собственного веса плотным слоем опускается вниз. Закачиваемая в нижнюю часть аппарата горячая вода для выщелачивания, фильтруясь сквозь слой спека, поднимается, растворяя при этом полезные компоненты из спека. Продукционный раствор сливается из аппарата в верхней его части.

Одним из основных недостатков этого аппарата является то, что вследствие неравномерного протекания процесса выщелачивания, особенно в головной части аппарата, в слое спека образуются объемы с повышенной концентрацией раствора. Так как раствор с повышенной концентрацией имеет существенно большую вязкость, то движение вьпцелачивающей жидкости в этих объемах спека замедляется, концентрация, а следовательно, и вязкость еще больше возрастают, в результате чего в этих объемах ооразуются застоиные зоны, в которых практически прекращается процесс выщелачивания. Выщелачивающая жидкость в этом случае перестает равномерно фильтроваться по всему ооъему спека; возникает канальное течение жидкости.

11едовыщелоченныи спек, находящиися в

1р застойных зонах, опускается вниз практически без доступа свежей выщелачивающей жидкости и, попав в зону разгрузки, выбрасывается на шламовое поле вместе с ценными компонентами. Кроме того, в зонах с по15 вышенной концен(рацией раствора начинают интенсивно протекать вторичные реакции, что также приводит к резкому снижению выхода полезных компонентов из спека. Все это приводит к значительному недоизвлечению гли2р позема и щелочи из спека, к увеличению их механических потерь. Общие потери глинозема во время испытаний этого аппарата достигали 30 — 40%.

Особенно опасно в вертикальных противо25 точных аппаратах с движущимся плотным слоем зернистого материала образование стержнеобразных застойных зон в центральной части аппарата. В этом случае даже увеличение скорости восходящего потока выще3р лачивающей жидкости не приводит к восста480437 новлению нормального противоточного режима выщелачивания. Объясняется это тем, что выщелачивающая жидкость, имеющая малую вязкость (0,5 — 0,7 спз), движется вверх по кольцевому каналу около стенок, а невыщелоченный спек в центральной части аппарата совместно с вязким раствором высокой концентрации (концентрация А1 ОЗ 250+-300 г/л; вязкость 5 — 7 спз) опускается вниз к разгрузочному устройству.

Известны также аппараты, состоящие из вертикального цилиндрического корпуса, загрузочного и разгрузочного устройств, которые дополнительно снабжены выносными циркуляционными контурами, Выщелачивающая жидкость в этих аппаратах отбирается с определенной высоты и вновь закачивается в аппарат, но уже на другой высоте, в результате чего на участке аппарата между всасывающими и нагнетательными патрубками циркуляционных контуров увеличивается скорость протекания выщелачивающей жидкости и одновременно на этом участке аппарата происходит усреднение концентрации выщелачивающей жидкости.

Недостатком известных аппаратов с выносными циркуляционными контурами является то, что усреднение концентрации выщелачивающего раствора по высоте аппарата на участке между всасывающими и нагнетательными патрубками циркуляционных контуров приводит к нарушению принципа противотока, к нарушению идеальности вытеснения.

Известно, что в этом случае при прочих равных условиях снижается выход полезных компонентов. Однако при выщелачивании веществ, для которых скорость извлечения в раствор в значительной мере зависит от скорости движения выщелачивающей жидкости, положительный эффект от увеличения ее скорости на участке между всасывающим и нагнетательным патрубками циркуляционного контура существенно больше, чем отрицательный эффект от смешения раствора по высоте на том же самом участке.

В случае выщелачивания глиноземсодержащих спеков или аналогичных материалов, когда скорость выщелачивания практически не зависит от скорости движения выщелачивающей жидкости, а основной задачей является предотвращение смешения раствора по высоте аппарата, устройство, выносных циркуляционных контуров с разнесенными по высоте аппарата точками отбора и ввода циркулирующей жидкости приводит только к отрицательному эффекту. Несмотря на увеличение скорости движения выщелачивающей жидкости, скорость выщелачивания спека не увеличивается, а смешение раствора по высоте аппарата приводит к нарушению принципа противотока, к увеличению локального градиента концентрации раствора, а следовательно, и градиента его плотности.

Нарушение принципа противотока на участках циркуляционных контуров приводит при

ЗО

55 бО

65 прочих равных условиях к замедлению процесса выщелачивания, а следовательно, к снижению выхода глинозема и щелочи за счет увеличения вторичных потерь.

Увеличение градиента плотности раствора по высоте приводит к увеличению конвективного смешения раствора по высоте аппарата.

Концентрация раствора в нижней части аппарата при этом возрастает, в результате чего увеличиваются механические потери глинозема и щелочи с отвальной водой.

К недостаткам известных аппаратов с выносными циркуляционными контурами относится и то обстоятельство, что эффективное усреднение концентрации при наличии стержнеобразной застойной зоны в центральной части аппарата невозможно достичь одним лишь увеличением скорости циркулирующей жидкости при подводе ее по периферии у стенок аппарата. Циркулирующую жидкость необходимо вводить при помощи встроенных в корпус распределительных патрубков в центральную часть аппарата.

Наличие этих распределительных патрубков приводит к нарушению плавности движения зернистого материала, к зависанию спека и, следовательно, к нарушению работоспособности аппарата. Кроме того увеличение скорости движения жидкости на участке между вводом и выводом циркулирующей жидкости приводит к увеличению гидравлического сопротивления движущегося слоя зернистого материала, В результате увеличения противодавления жидкости за счет увеличенной скорости фильтрации раствора повышается опасность зависания материала в аппарате. Это приводит к снижению надежности работы аппарата, к увеличению числа аварийных остановок при переработке зернистых материалов, имеющих склонность к зависанию, например глиноземсодержащих спеков.

Целью настоящего изобретения является повышение степени извлечения полезных компонентов за счет устранения застойных зон в массе опускающегося спека и уменьшения конвективного смешения раствора по высоте аппарата.

С этой целью на одинаковой высоте внутри корпуса аппарата установлены наклонные перегородки. Они образуют с корпусом аппарата периферийные камеры. К этим камерам подключены соответственно нагнетательный и всасывающий трубопроводы циркуляционного насоса. Между периферийными камерами расположены центральные камеры, по которым движется опускающийся вниз спек. Наклонные перегородки являются общими стенками центральных и смежных с ними пери ферийных камер.

Таким образом циркуляционный поток, создаваемый циркуляционным насосом, направлен -перпендикулярно восходящему потоку выщелачивающего раствора. В отличии от известных аппаратов с выносными циркуляционными контурами поперечное направление

480437 циркуляционного потока не приводит к дополнительному смешению раствора по высоте аппарата и позволяет устранять застойные зоны с высокой концентрацией раствора в центральной части аппарата.

Кроме того, при таком направлении циркуляционного потока жидкости не возникает дополнительное гидравлическое сопротивление в слое сыпучего твердого материала на высоте аппарата на участке между точками его ввода и вывода.

Это обстоятельство облегчает условия движения твердого материала вниз и не приводит к его зависанию в аппарате.

Центральные камеры имеют в плане сечение, близкое к прямоугольному. Это обеспечивает более равномерное движение циркуляционного потока по всему сечению центральной камеры, заполненной сыпучим твердым материалом. Периферийные камеры лля отбора и ввода циркуляционного раствора, образованные наклонными перегородками и стенками корпуса аппарата, в своей нижней части сообщаются с внутренней полостью аппарата, а по всей высоте и в верхней части герметично изолированы от расположенных между ними центральных камер.

На фиг. 1 схематично изображен предложенный аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 — то же, поперечный разрез по А — Л на фиг. 1; на фиг. 3 — вид по стрелке Б на фиг. 1.

Аппарат состоит из корпуса 1, расположенного над ним бункера 2 для подачи спека 3.

В нижней части аппарата имеется разгружатель шлама 4. Изображенный на фиг. 1 цилиндрический аппарат имеет три циркуляционных контура, их число может меняться.

Для простоты на фиг. 1 приведен полностью лишь один нижний циркуляционный контур.

Отбор и закачку циркулирующего раствора производят через патрубки 5 и 6.

Циркуляционный контур состоит из всасывающего трубопровода 7, насоса 8 и нагнетательного трубопровода 9. Для регулирования температурного режима по высоте аппарата циркуляционный контур может содержать теплообменник 10, который служит для охлаждения или подогрева циркулирующего раствора в зависимости от необходимого температурного режима.

Всасывающий трубопровод 7 и нагнетательный трубопровод 9 подсоединены к периферийным камерам 11, которые, за исключением своей нижней части, изолированы от внутренней полости аппарата, заполненной спеком и раствором. Между периферийными камерами

11 расположены центральные камеры 12, Эти камеры могут быть образованы наклонными перегородками 13, прикрепленными к внутренней поверхности корпуса 1. Угол отклонения от вертикали перегородок 13 не должен превышать 0,15 ралиана во избежание нарушения равномерности движения массы спеки

3 на участке, где проходное сечение корпуса

1 уменьшается за счет наличия наклонных перегородок 13.

В верхней части корпуса имеется расширяющийся конический участок 14, в котором

5 снижается скорость восходящего потока раствора и тем самым снижается вынос мелких фракций в слив крепкого алюминатного раствора.

Сечения с циркуляционнымп контурамп

10 предпочтительно располагать по высоте корпуса 1 таким образом, чтобы отношение объемов спека, заключенного на участках корпуса 1 между сечениями с циркуляционнымп контурами, составляло геометрическую про15 грессию со знаменателем 1,5 — 3,0, причем меньшие объемы должны быть в верхней части аппарата.

Наклонные перегородки 13 образуют в плане сечение, близкое к прямоугольному, 2О оно заполнено перемещающимся вниз спеком (см. фиг. 2).

Описанный аппарат работает следующим образом.

Спек 3, поступающий в бункер 2, попадает в верхнюю часть корпуса, где он, рассыпаясь под углом естественного откоса, попадает в крепкий алюминатный раствор, который из верхней части корпуса отводится для дальнейшей переработки.

ЗО По мере выгрузки шлама (выщелоченного спека 3) разгружателем 4 спек 3 под действием собственного веса плотным слоем опускается в корпусе, освобождая тем самым место для новых порций спека, поступающих из бункера 2.

Одновременно в нижнюю часть корпуса закачивается под давлением горячая вола для выщелачивания.

Для предотвращения больших потерь горя4О чей воды со шламом через разгружатель 4 ниже уровня подачи горячей волы закачивается холодная вода. Расход хололной волы подбирается таким образом, чтобы компенсировать расход жидкой фазы через разгружа4> тель 4. Расход горячей воды определяется технологическим режимом.

Поднимаясь вверх, горячая вола растворяет алюминат натрия в спеке 3, осуществляя тем самым его противоточное выщелачивание.

Однако горячая вола имеет меньший удельный вес, чем алюминатный раствор, и существенно меньшую вязкость. Поэтому при низких скоростях восходягцего потока жидкости в слое спека образуется конвективное движение: в одном сечении аппарата по олной стороне поднимается более легкий раствор, а по другой стороне опускается более тяжелый алюминатный раствор. Чем больше перепал плотности и вязкости раствора в сечении аппарата, тем сильнее выражены конвективные явления, которые нарушают нормальный процесс противоточного выщелачивания.

Таким образом горячая вола, растворив определенную долю алюмината натрия на участке между вводом горячей воды и ниж480437 ним циркуляциоиным контуром, попалает в зону действия нижнего циркуляиионного контура в сечении А — А. На уровне сечения А—

А создается поперечное пиркуляционное лвижение раствора: раствор из левой перттберийиой камеры 11 через всасывающий труоопровол 7 при помоцти насоса 8 прока тивается через теплообменник 10 и чепез нагнетательный трубопровод ст попалает в ппявую перифепийную камеру 11. Олновременно пагтвор из правой периферийной камеры 11, фильтруясь сквозь слой спека, находящегося на уровне сечения А — А, попялает в левчю периферийную камеру 11 (см. фиг. 2). Движение раствора в слое спека показано стрелками В (фиг. 2).

Таким образом в левчю иепиферийную камеру 11 попадает как поднимающийся вверх пол действием конвективных потоков более легкий раствор, так и опускающийся вниз более концентрированный раствор. Прямоугольная в плане форма сечения иентральной камеры 12 íà уровне пиркчляттионного контура (фиг. 2) способствует более рявномепному прохождению раствора в поперечном направлении, так как слой спека междч левой и правой периферийными камерами 11 имеет практически олинаковую толщину. Отношение расстояния между пепиферийными камерами 11 к ширине центральной камепы 12, т. е. к пазмеру сечения, заполненного спеком, в направлении, перпендикчляпном к ципкчляиионномч потоку, целесообразно вылепживать менее

0,7. При больших значениях этого отношения движение циркуляционного потока по сечению

A — А булет менее равномепным.

В периФерийных камерах 1! и тпчбопповолах ципкчляиионного контчпа ппоисхолит смеитентте и чспечнение кониентпяиии раствора. В результате на чповне поперечного иипкчляционного контчпя в сечении А — А в слое опчскающегося спека бчлет ппактически олинаковая концентпация Паствопа и конвективные токи ня уровне этого сечения будут отсчтствовать.

В резчльтяте чсрелнения кониентпаиии паствопа в сечении А — А получается лвойной положительный эффект: а) спек выше сечения А — А вьтителачивается раствором с чсрелненной конттентпаиией, т. е. в вышележащие слои спека не попадает конвективный поток горячей волы с низкой концентрацией; б) масса спека, перемещаясь вниз ниже сечения А — А, практически не солепжит застойных зон с высокой концентрацией раствопа, т. е. условия выщелачивания нижележащих слоев спека улучшаются за счет отсутствия застойных зон.

Циркуляттионное попепечное лвтт>кение раствора в итоге ликвидирует условия, способствующие образованию стационарных вертикальных каналов, по которым перемешаются растворы с различной концентрацией. Усреднение кт. нцситрации раствора происходит эф65 противоположных точках были установлены лва патрубка. Во внутренней по.чости корпуса на уровне патрубков укреплены наклонные фективно етя малот! высоте аппарата и при этом не нарушается принцип противотока, т. е. аппарат начинает работать в режиме, близком к режиму идеального вытеснения.

Особенно необходимо усреднение концентрации раствора по сечению в верхней части аппарата, где условия загрузки способствуют образованию стержнеобразной застойной зоны с повышенной котщентрацией в центпальI0 ной части аппарата. Уничтожение этой застойной зоны верхним циркуляционным контуром облегчает условия вытеснения раствора и эффективность усрелнения в нижележащих сечениях.

Для обеспечения необходимого каустического модуля по высоте аппарата в циркуляционный контур закачивается щелочной раствор. В теплообменник 10 подается охлаждающая или нагревающая жидкость.

В таблице приведены экспериментальные данные по определению продольного смешения в моделях известных вертикальных цилинлрических аппаратов с выносными циркуляционными контурами и без них, а также модели аппарата, снабженного выносным циркуляционным контуром по настоящему изобретению.

На моделях аппаратов с выносными циркуляционными контурами было установлено по одному циркуляционномч контуру, состоящему из всасывающей трубки, насоса и нагнетательной трубки.

Модели 1 и 2. На двух уровнях корпуса модели равномерно по окружности располагают патрубки для ввода и вывода циркуляциоиного потока. Патрубки, расположенные на одном уровне, объелиияют общим коллектором. Нижележащий коллектор полсоелиттяют к всасывающей трубке циркуляционного

4О корпуса, а вышележащий — к нагнетательной.

Таким образом, пиркуляционный поток в модели был направлен сверху вниз. Модель 1 отличалась от молели 2 расстоянием по высоте межлу всасывающими и нагнетательными

45 патрубками.

Модели 3 и 4. Выполнены аналогично молелям 1 и 2. Отличие заключается в следующем. Всасывающая трубка циркуляпионного контура была почсоелинена к вышележащему коллектору, а нагнетательная трубка — к нижележацтему. Таким образом в отличии от молелей 1 и 2 направление циркуляиионного потока внутри молели было снизу вверх.

Кпоме того, лля лучшего распределения потока жидкости в патрубки вставлены перфорированные трубки, введенные во внутреннюю полость корпуса на глубину, равную

0„1 лиаметра. Модель 3 отличалась от молели 4 расстоянием по высоте между всасывающими и нагнетятельньтми патрубками.

Модель R. Выполнена по настоящему изобретению. На одной высоте в диаметрально

480437

Таблица

C( о и

О.

N о

Расстояние по высоте между всасывающим и нагревательными патрубками, см

Направление движения циркуляционного раствора в модели

Значение параметра

1/Ре

0,27

0,5

0,18

0,34

0,02

0,05

Сверху вниз

2

4

5 б

Снизу вверх

Поперек

Отсутствует перегородки, образующие центральную и две периферийные камеры. Один патрубок был подсоединен к всасывающей трубке циркуляционного контура, а второй — к нагнетательной.

Таким образом циркуляционный поток жидкости был направлен перпендикулярно восходящему потоку жидкости, движущемуся в модель.

Модель 6. Выполнена без циркуляционного корпуса в виде гладкой вертикальной трубы.

В качестве критерия идеальности вытеснения принята величина, обратная критерию

Пекле 1/Ре. Эксперименты проводились на цилиндрической модели диам. 70 мм и высотой 700 мм.

В модель засыпают полидисперсный нерастворимый материал крупностью — 3,5 мм+

0,5 мм, и этот слой заливают раствором NaOH концентрацией 20 г/л. Затем этот раствор вытесняют снизу вверх дистиллированной водой.

Скорость восходящего потока раствора равна во всех опытах 4 мм/сек. По дифференциальной кривой изменения концентрации NaOH на выходе модели определяют значения параметра 1/Ре, Известно, что чем меньше значение параметра 1/Ре, тем меньше необходим объем аппарата для достижения одной и той же степени извлечения полезных компонентов, тем быстрее происходит процесс выщелачивания и, следовательно, тем меньше вторичные потери глинозема и щелочи.

Проведенные с бокситовым спеком эксперименты на полузаводском аппарате производительностью по раствору 800 л/час показали, что при выполнении аппарата по настоящему изобретению можно при прочих равных условиях снизить потери глинозема и щелочи, теряемых в отвал и вследствие вторичных реакций, в 2 — 4 раза по сравнению с известными аппаратами.

При выполнении аппарата по настоящему изобретению извлечение глинозема равнялось

87,3О/о. При работе аппарата без циркуляционного контура извлечение глинозема равнялось 70,8 и 63,4% при работе аппарата, снабженного циркуляционным контуром с разнесенными по высоте точками вывода и ввода циркуляционной жидкости.

Предмет изобретения

Аппарат для выщелачивания твердых материалов, например глиноземсодержащих спеков, содержащий вертикальный корпус с загрузочными и разгрузочными приспособлениями и циркуляционные насосы с всасывающими и нагнетательными трубопроводами, подключенными к корпусу, отличающийся тем, что, с целью повышения степени извлечения полезных компонентов, корпус снабжен укрепленными на его внутренней поверхности накчонными перегородками, образующими с корпусом центральные и периферийные каме40 ры, всасывающий и нагнетательный трубопроводы каждого циркуляционного насоса подключены к расположенным на одинаковой высоте камерам корпуса.

480437

Составитель Н. Линдтроп

Редактор Н, Билявская Техред Т. Миронова Корректоры: Т. Фисенко и Е. Рожкова

Заказ 2521/8 Изд. № 1698 Тираж 782 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2