Производство криолита

В системе очистки отходящих  газов предусмотрено двухступенчатое  улавливание пыли криолита: сухое  пылеулавливание последовательно  в батарее циклонов 14 и электрофильтре 16, затем доулавливание пыли в аппаратах мокрого типа - в пенных абсорберах 20 и 23. Уловленная в циклонах и электрофильтре пыль криолита из накопительного бункера каждого аппарата транспортируется камерными пневматическими насосами 15, 18 в силос готовой продукции. Дымовые газы, проходящие через пенный аппарат 20, орошаются оборотной водой из сборника 24, в который она поступает из пенного аппарата 23. После абсорбера 20 дымовые газы направляются в пенный двухполочный аппарат 23, орошаемый осветленным раствором из сгустителя 25. Отработанная абсорбционная жидкость из сборника 21 направляется в сгуститель 25 и проходит отстаивание последовательно в сгустителях 25 и 4 (4). Осветленная часть из сгустителей сбрасывается по коллектору на станцию нейтрализации, а сгущенная часть из обоих сгустителей через сборник сгущенной пульпы направляется на приготовление содового раствора. Очищенные газы после пенного аппарата выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу, высота которой 80 метров и диаметр 2,7 метра. Аспирационные выбросы, образующиеся при вытяжной вентиляции баковой аппаратуры, очищают от паров НF содовым раствором в пенных аппаратах санитарной газоочистки. Концентрация содового раствора 30-45 г/л. Очищенные газы выбрасываются в атмосферу через трубу высотой 40 метров.

Упаковка и  транспортирование криолита

При отгрузке продукции насыпью  заполнение цистерн и хопперов криолитом  производится через их верхние люки с помощью гибкого загрузочного шланга.

Криолит упаковывают в  большие бумажные мешки с помощью  упаковочной машины. Транспортирование  производят в соответствии с ГОСТ 10561-80.

 

 

4 Характеристика  используемых реакторов

 

Основными аппаратами для  получения криолита являются: реактор  варки, барабанный вакуум-фильтр и сушильная  печь. Барабанная сушильная печь

Реакционный объем барабанных вращающихся печей представляет собой горизонтальный и слабонаклоненный (до 7°) цилиндр, внутри которого перемещается обрабатываемый материал.

В промышленности используют барабанные вращающиеся печи как с внутренним, так и с наружным обогревом. Последний вид печей применяют в производствах плавиковой кислоты, минеральных пигментов и кальцинированной соды.

Барабанные вращающиеся  печи применяют для осуществления  следующих процессов:

окисления;

кальцинации;

восстановления;

обесфторивания;

прокалки и разложения.

Широкая область использования  барабанных печей объясняется следующими их достоинствами:

надежность в работе;

возможность использования  любого вида топлива;

возможность обработки веществ  любого гранулометрического состава - от пылевидных до кусковых;

возможность обработки расплавов  и смесей твердых веществ с  расплавами при параллельном токе и  противотоке материала и греющих  газов.

Из перечисленных видов  печей для сушки криолита при  непрерывной технологии наиболее целесообразно  использовать барабанные вращающиеся  печи.

Барабанные вращающиеся  печи обладают рядом достоинств:

простота конструкции  и легкость в эксплуатации;

легкость полной автоматизации  и механизации;

высокая производительность.

Исходя из анализа различных  печей для сушки криолита была выбрана противоточная барабанная вращающаяся печь длиной 50 метров и внешним диаметром 3,2 метра, производительность, которой составляет 10 т/ч по готовому продукту (рис.4). Печь выполнена из стали СтЗ и футерована: "горячий" конец (30 м) - кирпич малокремнистый; "холодный" конец (20 м) - угольно-графитовые блоки.

 

 

1 - камера загрузки; 2 - футеровка  печи; 3 - корпус барабана; 4 - зубчатый  венец; 5 - привод основной и вспомогательный; 6 - головка загрузочная; 7 - топка; 8 - станция опорная; 9 - станция опорно-упорная.

 

Именно такие печи позволят вести процесс с необходимой  производительностью и при этом не возникают трудности в поддержании  стабильного технологического режима.

 

Реакторы варки  криолита

Реактор варки криолита, наряду с сушильной печью, является важнейшим аппаратом в производстве криолита кислотным способом. Реакторы смешения бывают периодического и непрерывного действия в зависимости от того, для какой цели они предназначаются.

1. Периодически действующие  реакторы и мешалки. Аппараты  этого типа - сосуды с примерно  равной высотой и диаметром,  снабженные мешалками. Их наполняют  смесью исходных продуктов требуемого  состава и при перемешивании  ведут реакцию до достижения  заданной степени превращения.  После окончания операции реактор  освобождают и начинают новый  рабочий цикл. Такой реактор используют  при получении криолита из  маточных растворов фторидов  алюминия и натрия в периодическом  режиме. Так как основное производство  криолита организованно в непрерывном  режиме, то применяют реактор  с мешалкой непрерывного действия.

2. Непрерывно действующие  реакторы с мешалками. Непрерывно  действующие реакторы с мешалками,  в отличие от периодически  действующих аппаратов, характеризуются  непрерывностью подачи взаимодействующих  компонентов, которые находятся  в реакторе время, необходимое  для достижения данной степени  превращения. Смесь продуктов  реакции также непрерывно выводится  из аппарата. Реакторы могут быть  сконструированы как один аппарат  или как система (каскад) из  нескольких последовательно соединенных  аппаратов. Они выгодны с точки  зрения уменьшения накладных  расходов, сокращения потерь времени  и получения однородной продукции.  Основным конструктивным элементом такого реактора являются механические перемешивающие устройства, которые состоят из трех основных частей: мешалки, являющейся рабочим элементом устройства; вертикального, горизонтального или наклонного вала, на котором закреплена мешалка, и привода, с помощью которого вал приводится в движение за счет механической энергии.

Мешалки можно классифицировать по конструктивной форме или по типу создаваемого ими потока жидкости. В зависимости от конструктивной формы, различают мешалки лопастные, пропеллерные, турбинные и специальные. По числу оборотов их можно разделить  на быстроходные и тихоходные. К тихоходным мешалкам, то есть таким, которые делают не более одного оборота в секунду, относятся некоторые лопастные мешалки, к быстроходным мешалкам относятся турбинные и пропеллерные.

Одним из преимуществ пропеллерных мешалок является большая скорость их вращения. Они работают без передачи на полных оборотах электродвигателя, что обеспечивает значительное сокращение потерь механической энергии. К существенным преимуществам пропеллерных мешалок относятся значительная величина максимальной составляющей вызываемого ими потока и большой насосный эффект, что позволяет существенно сократить продолжительность перемешивания.

Перемешивание пропеллерными  мешалками происходит под действием  движения жидкости, возникающего в  результате сложения двух потоков:

аксиального потока жидкости от мешалки, обусловленного напором  пропеллера;

спирального вихревого потока всего содержимого сосуда, вызванного градиентом скоростей в слоях  жидкости на различных расстояниях  от мешалки.

Исходя из данных обследования различных реакторов с мешалками, для варки криолита был выбран каскад из четырех реакторов с  пропеллерными мешалками. Объем  первого реактора - 9 м³, второй, третий и четвертый реакторы имеют одинаковый объем - 12,5 м³. Первый реактор меньшего объема вследствие более высокой скорости протекающего в нем процесса нейтрализации по сравнению со скоростью кристаллизации криолита, происходящему в реакторах 2, 3,4. Более длительное время пребывания в первом реакторе недопустимо во избежание разложения гексафторалюминиевой кислоты - Н₃А1F₆.

Выбранный каскад реакторов  позволяет вести процесс с  необходимой производительностью, и при этом нет трудностей в  поддерживании стабильного технологического режима. Данный реактор является изотермическим емкостным реактором смешения непрерывного действия (рис.5).

 

 

Постоянство температуры  реакционной среды обеспечивается экзотермичностью протекающих реакций и подводом острого пара. Конструктивное отличие от реактора варки трифторида алюминия заключается в том, что в реакторе варки криолита установлен переточный "карман", выполненный из угольно-графитовых плит. "Карман" предназначен для увеличения времени пребывания в реакторе. Корпус реактора выполнен из стали СтЗ, которая внутри гуммирована угольно-графитовыми плитами.

 

 

5 Характеристика  отходов, проблемы их обезвреживания  и полезного использования

 

В данной технологической  схеме образуется два типа отходов:

жидкие - маточные растворы, образующиеся в процессе отстаивания  пульпы криолита и фильтровании;

газовые - дымовые газы, образующиеся при сушке криолита.

При этом отходы содержат смесь  различных веществ, в том числе HF, Al (OH) ₃, Na₂CO₃, H₂SiF₆, H₂SO₄, кроилит и другие.

С отходящими газами образующимся при сушке увлекаются частицы криолита и сопутствующих веществ, в том числе и пары HF. Эти отходы ставят ряд проблем по их использованию и нейтрализации.

Часть отходов: маточные растворы образующиеся при отстаивании суспензии криолита, растворы образующиеся на стадии очистки отходящих газов, а также растворы образующиеся при нейтрализации содовым раствором паров HF идет на содоприготовление. Предварительно маточники отстаиваются, для более полного отделения криолита.

Другую часть отходов, которую нельзя использовать поступает  на станцию нейтрализации, где идет поглощение вредных веществ и  перевод их в труднорастворимую форму. Нейтрализацию ведут при помощи извести, полученная суспензия из труднорастворимых веществ кальция и фтора, поступает в пруд-осветлитель. Из этого пруда оборотная вода направляется на приготовление и суспензий. Это обычно применяемые промышленные методы очистки отходов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольные вопросы

 

1. Физико-химические свойства технического криолита
2. Получение криолита на основе использования плавикового шпата
3. Основы производства вторичного криолита
4. Физико-химические характеристики основных стадий процесса
5. Очистка отходящих газов при получении криолита
6. Сущность сушки криолита
7. Опишите процесс варки и кристаллизации криолита
8. Основные технологические стадии получения порошкообразного криолита
9. Характеристика основного и вспомогательного сырья
10. Опишите карбонатный способ получения криолита
11. Основное оборудования при получении криолита
12. Использования и обезвреживания отходов в производстве криолита

 

 

Тестовые задания  по технологии производства криолита

 

1. Назовите три основных  метода получения криолита:

А) получение на основе использования плавикового шпата; получение из отходящих газов процессов разложения фосфатного сырья; регенерация криолита из отходов алюминиевого производства

В) термичекий, химический, электростатический

С) получение на основе использования плавикового шпата; получение из отходящих газов процессов разложения фосфатного сырья; рафинирование

D) получение из отходящих газов процессов разложения фосфатного сырья; регенерация криолита из отходов алюминиевого производства; при зонной плавки алюминия

Е) нет правильного ответа

2. При какой температуре идет процесс синтеза криолита:

А) 80-85°С

В) 100-120°С

С) 600-800°С

D) 200-300°С

Е) 1000-1500°С

3. Какое сырье является  исходным для получения фторида алюминия, криолита и сульфата алюминия?

А) гидроксид алюминия

В) хлорид алюминия

С) гидроксид кальция

D) хлорид кальция

Е) чистый алюминий

4. Основным методом контроля за процессом нейтрализации фтороводородной кислоты и кристаллизации криолита является:

         А) аналитическое определение кислотности

В) рафинирование

С) карбонизация криолита

D) нейтрализация гидроксида алюминия

Е) регенерация криолита из отходов алюминиевого производства

5. Процесс осаждения криолита идёт быстрее при:

         А) увеличении температуры

В) увеличении давления

С) увелечении концентрации

D) уменьшении температуры

Е) уменьшении концентрации

6. Для получения высококачественного криолита необходимо

А) очищенная плавиковая кислота

В) алюминий особой чистоты

С) гидроксид калия

D) соляная кислота

Е) фторосодержашие примеси

7. Укажите одну из основных стадий получения криолита:

А) отстаивание суспензии криолита

В) рафинировании криолита

С) электростатическое отстаивание криолита

D) выпарка криолита

Е) выщелачивание криолита

8. На каких фильтрах  фильтруют сгущённую пульпу криолита