Проект участка получения чернового галлия в условиях АО «Алюминий Казахстана»

Кроме приведенных в  таблице 2.1 компонентов, нагретый раствор контролировали на содержание тиосульфатов по иону S₂0₃ ^-2.

 

 

 

 

Таблица 2.2 – Состав растворов по технологической цепочке получения нагретого раствора

 

Наименование раствора	Содержание компонентов, г/дм3
	Na2Oку	Na2Oкб	SO3	Ga	Cl	Na2Oку
Оборотный раствор	220 –230	12–13	7–9	– 0,3	90–110	–
Фильтрат обор, р-ра	225–235	7–9	5–7	– 0,31	80–100	–
Смешанный раствор	180–200	7–9	4–6	0,27–0,3	65–85	0,7–1,0
Фильтрат смеш. р-ра	180–200	7–9	4–6	0,27–0,3	65–85	0,1–0,2
Нагретый раствор	180–200	7–9	4–6	0,27–0,3	65–85	0,1–0,2

 

Готовый нагретый раствор  далее подавали в распределительные  коробки и дозировали в цементаторы.

Процесс цементации основан  на использовании фактора вытеснения одного металла другим, более электроотрицательным металлом. В данном случае галлий вытесняется из раствора жидким сплавом, представляющим собой галламу алюминия.

Цементация галлия из концентрированного по примесям раствора проводилась в непрерывно-периодическом режиме в нитке, составленной из трех цементаторов. Температура раствора при цементации поддерживалась на уровне 64–67 ⁰С. По мере обеднения галламы по металлу производили автоматическую подпитку гранулированным алюминием.

В отработанном растворе после цементации остаточное содержание галлия составляло 0,2–0,24 г/дм³. Разгрузка галлия из цементаторов производилась через 10–12 суток работы в непрерывном потоке раствора.

При цементации галлий получали в виде чернового металла и  шлама. Шлам отделяли от металла фильтрацией на гидравлических фильтр – прессах.

Для получения галлия из шлама галлиевый шлам растворяли в каустическом растворе с концентрацией Na₂0_ку = 160–180 г/дм³. Полученный раствор, содержащий 60–70 г/дм³ Ga, направляли на вторичную цементацию. Черновой галлий отправляли на глубокую очистку с целью производства галлия высокой чистоты.

Недостатками данной схемы производства чернового галлия являются недостаточно высокая степень  очистки раствора от вредных примесей и низкое содержание галлия в растворе, большой расход алюминия, низкий съем галлия.

Главным недостатком  проектной схемы производства чернового  галлия являлась высокая чувствительность переделов к примесному составу  производственных растворов, особенно к повышению концентрации в них  соединений сульфидной и тиосульфатнойсеры ( S₂ и S₂0₃ ^-2).

Для повышения устойчивости получения галлия по данной технологической  схеме производство было переведено на извлечение галлия из оборотного раствора чисто байеровской ветви, с исключением подмешивания спекательного раствора, т. к. с внедрением технологии спекания шламовой шихты с использованием восстановителя содержание соединений серы низших валентностей в алюминатном спекательном растворе увеличилось[1].

Кроме указанного недостатка, проектная схема получения чернового галлия характеризовалась :

- невысоким содержанием галлия в растворе на цементацию;

- низким съемом галлия;

- большим расходом гранулированного алюминия.

 

 

2.2 Описание новой технологической схемы химико–металлургического цеха

 

Технологическая схема получения галлия представлена на рисунке 2.1.

Участок получения чернового  галлия включает основные переделы:

- первая стадия упаривания слива содоотстойников, сгущение упаренного раствора;

- фильтрация слива сгустителя;

- вторая стадия упаривания раствора;

- кристаллизация и фильтрация ГАН;

- приготовление раствора ГАНа;

- кристаллизация и фильтрация галлиевого концентрата;

- приготовление «богатого» раствора;

- кристаллизация и фильтрация солей ванадия;

- отстой и фильтрация богатого раствора;

- цементация галлия из «богатого» раствора;

- вторичная цементация.

Первая стадия упаривания оборотного раствора. Слив содоотстойников №1 и №2 с участка №4 ГМЦ поступает в баки №305 и №306 ХМЦ. Состав слива, поступающего на 1–ую стадию упарки представлен в таблице 2.3.

Количество раствора поступающего на  первую стадию упаривания составляет – 41,1 м³/час. Упаривание ведётся в выпарном аппарате с двумя кипятильниками № 1(2), обогреваемым паром ТЭЦ с температурой 220 ⁰С и с давлением 0,8 МПа. Площадь греющей поверхности аппарата составляет       430 м². Процесс упаривания осуществляется следующим образом: раствор  из баков  № 305 и 306 насосом № 263 (295, 296) подаётся в растворную камеру выпарного аппарата № 1 Раствор поступает в нижнюю часть греющей камеры на всас ОХГ– 6 и далее насосом в нагнетательный контур аппарата (нагнетание насоса  ОХГ– 6): В/А работает по схеме: мешалка 305¸306®насос № 263,(насос № 296,295) ® выпарной аппарат F=420м²® буферная ёмкость раствора® насос № 874,875 ®сгуститель № 1,2.

 

 

 

 

 

 

 

                           

                            

 

 

 

 

    

                                                       Разбавленная вода

 

 

фугат

п ромвода м-ка№3

слив

каустик

 

        промвода 

 

 

 

  

 

     Отработанный р-р                                                    гранулированный алюминий        

 

Рисунок 2.1 – Технологическая схема получения галлия цементацией на галламе алюминия через выделение гидроалюмината натрия

 

Таблица  2.3 –  Состав слива, поступающего на 1–ую стадию упарки

 

Состав	Количество
Концентрация раствора по Na2Oку, г/л	от 225 до 240
Содержание твердого, г/дм3	от 0 до 10
Модуль каустический aку, ед.	2,9¸3,0
Плотность раствора, г/см3	1,355¸1,375
Температура поступающего раствора, 0С	до 115

 

При кипении раствора в сепараторе аппарата, вторичный  пар раствора,   совместно с  паром сепаратора конденсата, поступает  в нижнюю часть контактного подогревателя. В верхнюю часть контактного подогревателя подается оборотная  вода с узла водооборота, которая нагревается до температуры 90–95 ⁰С и поступает в бак горячей воды. Включается автоматическая система стабилизации температуры нагрева горячей воды. Конденсат при пуске аппарата и его последующей работе собирается в бак конденсата и используется при приготовлении “богатого” раствора для цементации. Контроль за упариванием ведётся по плотности раствора ареометром. Раствор отбирается через пробоотборник. При достижении плотности раствора на выходе из буферной емкости r=1,52 г/см³, концентрации по N_ky – 325¸340г/л включается насос с буферной ёмкости № 874,875 на сгуститель № 1 (2), циркуляция останавливается,(т.е. останавливаются насосы № 876,877). Режимные параметры первой стадии упаривания представлены в таблице 2.4.

 

Таблица 2.4 –  Режимные параметры первой стадии упаривания

 

Состав	Количество
Давление в аппарате, Мпа (кгс/см2)	0,4¸0,5 (4¸5)
Температура раствора на входе в аппарат, 0С	105
Температура раствора на выходе, 0С	130
Плотность  раствора на входе r, г/см3	1,395¸1,405
Плотность раствора на выходе r, г/см3	1,52
Концентрация раствора на входе Na2Oку ,г/дм3	216
Концентрация раствора на выходе Na2Oку, г/дм3	340
Содержание твердого в упаренном растворе, г/дм3	от 90 до 120
Температура воды на выходе с контактного подогревателя, 0С	90¸95
Расход раствора на выпарной аппарат, м3/час	41¸60

 

Слив сгустителя (Q~20,9 м³/ч) сливается в мешалку № 2 (V–60м³). Пульпа из конуса сгустителя поступает в мешалку № 30, (V–6м³) из мешалки часть пульпы используется в качестве затравки на кристаллизации хлор-галлатного концентрата. Подается насосом № 15 в мешалку № 5 остальная пульпа откачивается насосом № 35 в мешалку возврата № 557. При необходимости вывода примесей из заводской системы (хлора), сгущённая пульпа подаётся на центрифугу № 1, где происходит процесс отделения осадка от жидкой фазы. Отфугованный осадок разгружается через течку на конвейер. Под разгрузочным барабаном установлен лоток, который позволяет разгружать кек в кюбеля. Кек из кюбелей при помощи мостового крана загружается в машины и вывозится в отвал. Фугат поступает в мешалку фугата V = 6 м³ и перекачивается насосами № 28 и № 29 в мешалку № 2 (V–400м³) объединяясь со сливом сгустителя, и поступает насосом № 37 на нитку кристаллизаторов

№ 221, № 220, № 219.

Параметры сгущенной  пульпы:

- плотность 1,67–7,70 г/см³;

- содержание Сl 280–320 г/л; 

- Гтв/л 600–700 г/л;

- Q = 5,2 м³/час.

Заполнение  сгустителя производится по распоряжению мастера смены. Перед началом  заполнения необходимо залюковать, проверить  схему подключения аппарата,опустить перемешивающее устройство включить механизм перемешивания  проверить работу в нижнем положении в холостом ходу,если нет замечаний доложить мастеру смены. Приступить к заполнению сгустителя пульпой через питающий стакан. При заполнении конуса сгустителя на 1/3  открыть клапан под конусом и включить насос № 36 на циркуляцию по схеме: конус сгустителя ®насос®питающий стакан сгустителя для прогрева конуса. Постоянно следить за отсутствием течей во фланцевых соединениях и на люках.

Следить за нагрузкой  электродвигателя привода перемешивания  по показанию амперметра установленного на щите управления привода перемешивающего  устройства сгустителя. Опорожнение сгустителя производится по распоряжению мастера смены Аппаратчик узла выпарки останавливает питание на сгуститель и сообщает    аппаратчику сгущения, который закрывает клапан подачи на сгуститель и глушит его. Аппаратчик следит за ходом опорожнения через конус в мешалку №30 и откачивает принимает необходимые меры для нормального опорожения аппарата. Цилиндрическая часть сгустителя сливается в мешалку слива.После полной разгузки конусной части остановить перемешивание дать заявку дежурному электрику на разбор электросхемы приводов аппарата. Об остановке сообщить мастеру смены.

- разобрать электросхему привода вращения и подъема гребкового механизма;

- отглушить подводящие трубопроводы;

- отглушить отводящие трубопроводы;

- промыть сгуститель горячей водой;

- очистить от мусора, грязи, масла и т.д. все оборудование и механизмы;

- очистить от шлама и песков питающий стакан сгустителя.

Фильтрация слива сгустителя. Слив сгустителя (Q~20,9 м³/ч) сливается в бак № 2 (V– 60м³), и насосом подается в головной кристаллизатор № 221, далее по перетокам поступает в № 220 и № 219 мешалки. Из № 219 мешалки охлаждённый слив подаётся на фильтрацию на фильтры ЛВАЖ № 1–4. Фильтрат (Q–20,9 м³/час) сливается в мешалку № 279 (V – 60м³), откуда насосом № 291, 292 подаётся в мешалку № 518 (исходный раствор для второй стадии). Промывные воды после намывки откачиваются на участок выпарки в бак слабого раствора (БСР) или на схему вывода оксалатов.

Параметры фильтрации слива сгустителя: