Статьи

Глава VIII
ПОЛУЧЕНИЕ ГЛИНОЗЕМА
ИЗ НЕФЕЛИНОВОГО СЫРЬЯ

§ 37. Технологическая схема процесса

По сравнению с бокситом нефелиновые руды и концентраты характеризуются относительно небольшим содержанием оксида алюминия (до 30%) при высоком содержании кремнезема (более 40%). Однако при комплексной переработке нефелинового сырья рационально используются все его составляющие и наряду с глиноземом получаются сода, поташ и высококачественный цемент.

Это делает переработку нефелинового сырья экономически целесообразной, несмотря на сравнительно низкое содержание в нем
глинозема.

Для переработки нефелинового сырья в зависимости от его состава и свойств могут быть применены различные способы. На рис. 82 показана технологическая схема комплексной переработки нефелинового концентрата способом спекания. Этот способ включает: 1) производство глинозема с получением в качестве побочных продуктов содопоташного раствора и нефелинового шлама; 2) производство соды и поташа из содопоташного раствора; 3) производство цемента из нефелинового шлама.

С разработкой и внедрением способа спекания в промышленность впервые была решена проблема комплексной переработки нефелиновых концентратов, получаемых при обогащении апатитонефелиновых пород Кольского полуострова. Однако значение способа спекания не ограничивается переработкой Кольских нефелиновых концентратов. В нашей стране этот способ успешно применяется также для переработки кияалтырских уртитов без предварительного обогащения, а также может быть применен для переработки других видов нефелинового сырья.

§ 38. Подготовка шихты к спеканию

Прибывающий на завод нефелиновый концентрат разгружают из вагонов в параболические бункера приемного склада, из которых системой транспортных средств концентрат подается в бункера отделения мокрого размола или в силосы для хранения. Так как нефелиновый концентрат поступает в виде тонкого порошка, то дробления его не требуется. Нефелиновую же руду перед мокрым размолом дробят и усредняют. Например, кия-шалтырскую руду дробят в три стадии до крупности 20 мм в конусных дробилках. Дробленая руда поступает на склад, где она хранится и
усредняется. Известняк дробят примерно до такой же крупности в молотковых или других дробилках с предварительным грохочением.

Для размола известняково-нефелиновой шихты применяют однокамерные и двухкамерные трубные мельницы, работающие в открытом цикле. На практике применяют различные схемы размола шихты. Примерная схема состоит в следующем. Известняк сначала размалывают в известняковых мельницах, полученную известняковую пульпу смешивают с нефелиновым концентратом и подают в мельницы домола. Кроме известняка и нефелинового концентрата, в эти мельницы поступает белый шлам после обескремнивания и крепкая промвода от промывки гидроксида алюминия.

Дозировка известняковой пульпы, нефелинового концентрата и промводы осуществляется при помощи системы автоматического регулирования, управляемой от электронно-вычислительной машины. Из мельниц домола шихта поступает в систему усреднения, состоящую из нескольких последовательно соединенных аэролифгами бассейнов. Из системы усреднения шихта перекачивается в сборные или коррекционные бассейны. Система автоматического регулирования позволяет получать до 90 % шихты заданного состава без дополнительной корректировки.

При переработке кия-шалтырской нефелиновой руды, твердость который выше твердеет известняка, применяется четырехстадийная схема размола. Руда сначала измельчается в две стадии в рудных мельницах, затем вместе с известняком — в известняковых, из которых известняково нефелиновая пульпа поступает в мельницы домола.

Поступающая на спекание шпхтa должна отвечать следующим примерным требованиям: влажность шихты 28—30 %, содержание фракции +0,08мм 3—4%, щелочной модуль шихты 1, кальциевый модуль шихты 2. Щелочной модуль известняково-нефелиновой шихты находят как молекулярное отношение суммы (Na₂О+К₂O) * к Al₂O₃ , а кальциевый модуль—как молекулярное отношение СаО к SiO₂ в шихте. При таком соотношении между основными компонентами шихты Al₂O₃ связывается при спекании в алюминаты натрия и калия, а кремнезем —в двухкальциевый силикат.

Молекулярное отношение R₂О к Al₂O₃ в кольском нефелиновом концентрате близко к 1, что обеспечивает непосредственное получение шихты с нужным щелочным модулем. Если в нефелиновом сырье щелочи недостаточно для получения шихты с нужным щелочным модулем, то недостающее ее количество вводят в шихту с оборотным содовым раствором. Можно также использовать для этого часть полученной соды.

§ 39. Спекание шихты

При спекании известняково-нефелиновой шихты основной является реакция между нефелином и оксидом кальция, сопровождающаяся разложением нефелина с образованием алюминатов натрия и калия и двухкальциевого силиката:

*Сумму щелочей можно обозначать R₂O.

(Na, K)₂ О • Al₂O₃ • 2SiO₂ + 4СаО = (Na, К)₂ О • + 2 (2СО • SiO₂).

При нагревании известняково-нефелиновой шихты из нее сначала удаляется влага, затем происходит разложение известняка.
При 700°С начинается расплавление нефелина и появляется жидкая фаза. При температуре выше 1000°С расплав нефелина взаимодействует с оксидом кальция. Достаточно полное разложение нефелина происходит при 1250—1300°С. Так как шихта при этой температуре частично оплавляется, то спек получается в виде уплотненного клинкера. Спеканием при более низкой температуре возможно получить более пористый спек. Однако при пониженной температуре спекания не происходит достаточно полного разложения нефелина, отчего снижается извлечение глинозема и щелочей при выщелачивании спека. Благоприятное влияние на спекание оказывают добавки к шихте угля и фтористых солей; в их присутствии ускоряется процесс спекания и улучшается качество спека.

Так как оптимальная температура спекания известняково-нефелиновой шихты близка к температуре ее плавления, то во избежание образования настылей в печи необходимо cтpoгo соблюдать технологический режим. Причинами образования настылей могут быть: неравномерный химический и грануляционный составы шихты, непостоянство теплового режима в печи спекания, неравномерное питание печи шихтой и оборотной пылью.

Отрицательное влияние на качество спека оказывают соединения серы: при повышенном содержании серы в шихте и топливе снижается пористость спека, а также извлечение из него глинозема и щелочей при выщелачивании.

Для спекания известняково-нефелиновой шихты применяют трубчатые вращающиеся печи длиной 60—185 м и диаметром 3— 5 м. По конструкции эти печи аналогичны печам для спекания боксито-содоизвестняковой и шламовой шихт.

Нефелиновая шихта в отличие от бокситовой и шламовой содержит мало свободной щелочи, что позволяет подавать нефелиновую шихту в печь “наливом” с помощью ковшовых дозаторов.

Из отделения подготовки шихты пульпа питания подается в дозаторы по кольцевому трубопроводу; избыток пульпы возвращается в отделение подготовки шихты. Для бокситовой и шламовой шихт такой способ питания печей неприменим, так как при подаче шихты “наливом” свободная щелочь вызывает образование иастылей в зоне сушки. Бокситовая и шламовая шихты но сравнению с нефелиновой имеют более высокую влажность и подаются в печь с помощью пульповых форсунок (см. § 30).

Печь для спекания нефелиновой шихты и зоне сушки имеет ценную завесу, состоящую из цепных гирлянд и свободно висящих цепей. Такая завеса необходима для увеличения поверхности теплообмена между топочными газами и шихтой, а также для предотвращения образования настылей. Кроме того, в “мокрой” части цепной завесы улавливаются частицы пыли. Конструкция цепной завесы, способ навески и протяженность определяются в зависимости от физических свойств шихты. Правильный выбор ценной завесы—необходимое условие нормальной работы печи.

Система очистки отходящих из печи газов состоит из пылевой камеры, групповых циклопов и сухих электрофильтров. Газы, используемые для карбонизации, проходят дополнительную очистку в скрубберах и мокрых электрофильтрах. Уловленная пыль возвращается в печь.

Из печи спек, нагретый до 1000—1150°С, пересыпается в холодильник, где охлаждается. Для охлаждения нефелинового спека применяют барабанные и колосниковые холодильники.

Работа печи спекания длиной 185 м и диаметром 5 м (наклон печи 3 %, скорость вращения 1,6—2,15 об/мин) характеризуется следующими примерными показателями: производительность по спеку 100 т/ч, расход условного топлива 150—160 кг на 1 т спека, температура отходящих газов 150—200 °С. Для таких мощных печей особое значение приобретает стойкость футеровки, высокотемпературную зону которой выполняют из магнезитохромитового кирпича. Важнейшим условием высокой стойкости футеровки является ритмичная работа печен, так как каждая остановка и охлаждение печи вызывают разрушение швов футеровки и появление сколов.

В колосниковом холодильнике (рис. 83) холодный воздух проходит через движущийся слой спека и охлаждает его. Спек из печи пересыпается в холодильник через соединительную шахту 1. В холодильнике спек последовательно проходит колосники острого дутья 2 н три колосниковые решетки 3, состоящие из чередующихся рядов подвижных н неподвижных колосников. Перемещение спека осуществляется в результате возвратно-оступательного движения подвижных колосников. Толщина слоя спека на решетках 150—350 мм. Охлаждающий воздух подается под колосниковые решетки вентиляторами. Для равномерного распределения воздуха подколосниковое пространство разделено поперечными перегородками на четыре камеры. Температypa первого ряда колосников должна быть не выше 250 °С.

Охлажденный спек из холодильника по течке пересыпается на транспортер, которым подается в отделение дробления. На выходе из холодильника крупные куски спека (более 80 мм) с помощью сортирующих решеток отделяются от ссыльной массы опека и дробятся в молотковых дробилках 4. Между колосниками имеются зазоры в 5 мм, через которые мелкий спек пересыпается в подколосниковое пространство. Этот спек транспортируется к разгрузочному концу холодильника транспортерами просыпи 5. Сверху холодильник закрыт металлическим кожухом, футерованным изнутри жароупорным бетоном.

Нагретый до 500—700°С воздух из холодильника через соединительную шахту поступает в печь, где используется для сжигания топлива. Для охлаждения спека до температуры не выше 100°С расход охлаждающегося воздуха в зависимости от гранулометрического состава спека должен составлять 2,5—3,5 м³ на 1 кг спека. Так как для сжигания топлива такого количества воздуха не требуется, то избыточный воздух отсасывается из холодного конца холодильника и после очистки от пыли в циклонах или электрофильтрах выбрасывается в атмосферу. Температура сбросного воздуха не превышает 200 °С.

Колосниковый холодильник “Волга 125С” имеет производительность по спеку 125 т/ч, длину 24,5 м, ширину 5,9 м, полезную площадь колосниковой решетки 144,8 м². Оптимальный режим работы колосникового холодильника обеспечивается системой автоматического контроля и регулирования технологических параметров. Устанавливают технологические нормативы на температуру воздуха, поступающего из холодильника в печь, температуру охлажденного спека, а также колосников в горячей зоне решетки.

Производительность холодильника должна на 20—30 % превышать производительность печи.

§ 40. Выщелачивание спека. Отделение и промывка шлама

Способы выщелачивания

Примерный состав нефелинового спека можно характеризовать следующими данными, % (по массе): Al₂O₃ 15,5; СаО 45; SiO₂ 24,5; Fe₂O₃ 2,1; R₂О 9,5. Основными фазами в спеке являются:

2CaO.SiO₂; Na₂O.Al₂O₃; К₂О.Al₂O₃; Na₂O.Fe₂O₃. Кроме того, в спеке могут присутствовать алюминаты кальция и другие соединения. По сравнению с бокситовым нефелиновый спек содержит меньше алюминатов и больше двухкальциевого силиката, а также отличается наличием алюмината калия н малым содержанием соединении железа.

Спек выщелачивают оборотным содощелочным раствором. Алюминат калия при выщелачивании переходит в раствор так же легко, как и алюминат натрия; феррит натрия подвергается гидролизу (см. § 31). Алюминаты кальция в содовых растворах разлагаются (см. § 31), однако в условиях выщелачивания нефелинового спека это разложение проходит лишь частично. Неполное разложение алюминатов кальция приводит к недоизвлечению Al₂O₃ из спека. Нежелательным при выщелачивании является и разложение некоторого количества двухкальциевого силиката,
приводящее к вторичным потерям глинозема и щелочи н загрязнению алюминатного раствора кремнеземом (см. § 31). Поэтому
весьма важно вести выщелачивание, а также отделение н промывку шлама в таких условиях, при которых скорость протекания
вторичных реакции будет минимальной. Этого можно достичь в результате быстрого проведения операции выщелачивания, сгущения и промывки шлама, исключающего длительный контакт шлама с pacтвором.

Для выщелачивания плотного спека клинкерного типа, каким является нефелиновый спек, применение диффузоров и перколяционных конвейерных выщелачивателей нецелесообразно. Наиболее эффективным для такою спека оказался агитационный метод выщелачивания в мельницах с последующим отделением и промывкой шлама в фильтрах-сгустителях. Применяется также двустадийная схема выщелачивания: первая стадия в трубчатых аппаратах—проточным способом, вторая стадия—в мельницах.

Агитационный способ. В агитационном способе выщелачивание спека совмещено с его размолом. Спек дробится до крупности
15—25 мм и поступает в мельницы. Для размола применяют шаровые мельницы, работающие в замкнутом цикле с классификаторами, и стержневые мельницы, работающие в открытом цикле.

Размол происходит в среде оборотного раствора, который готовится смешением содощелочного раствора из отделения карбонизации с промводой от промывки нефелинового шлама.

Основные требования к размолу—однородность выходящего из мельницы материала и минимальное содержание в нем мелких фракций, так как с повышением содержания крупных фракций расчет недоизвлечение из спека глинозема и щелочи, при переизмельчении же спека увеличиваются вторичные потери Al₂O₃ и Na₂О, а также снижается скорость последующей фильтрации шлама. С повышением содержания соды в сфере выщелачивания извлечение Al₂O₃ из спека возрастает, однако одновременно увеличивается расход извести на обескремнивание и количество образующегося белого шлама.

Примерные условия выщслачнвання спека: температура оборотною раствора 55—60 °С; концентрация Al₂O₃ в алюминатном растворе 80—90 г/л; каустический модель раствора 1,4-1,5, содержание Na₂O_y в растворе 14—16 г/л.

Продуктом выщелачивания спека в мельницах является пульпа, состоящая из алюминатного раствора и нефелинового шлама. Для отделения pacтвора oт шлама обычная отстойная аппаратура непригодна, так как из-за интенсивного протекания вторичных реакций недопустим длительный контакт шлама с раствором. Непригодны также барабанные и дисковые вакуум-фильтры вследствие зашламления корыта фильтра и цементации фильтровальной ткани продуктами вторичных реакций, протекающих не

посредственно на поверхности ткани. Поэтому для отделения алюминатного раствора от нефелинового шлама и для промывки шлама был разработан новый аппарат—фильтр-сгуститель (рис.84).

Подлежащая фильтрации пульпа поступает в чан 1 по загpузочной трубе 5. Под действием вакуума раствор через фильтровальную ткань поступает во внутреннее пространство фильтровальных патронов 7 и выводится из фильтра-сгустителя через распределительную головку по трубе 6. Патроны каждой секции через коллектор 3 сообщаются с распределительной головкой 4, с помощью которой автоматически подключаются то к линии вакуума, то к линии сжатою воздуха и наоборот. При переключении той или иной секции от линии вакуума к линии сжатого воздуха
осевший на поверхности патронов шлам отдувается и падает на дно чана. Здесь шлам мешалкой перегребается к центральному разгрузочному отверстию чана. Под конусом фильтра-cгустителя установлен шнек для разгрузки аппарата.

Фильтровальный патрон (рис. 85) фильтра-сгустителя состоит из двух усеченных конусов с отводной трубой. Наружный конус выполнен из перфорированного стального листа, внутренний — из сплошного листа. На наружный конус надета фильтровальная ткань. Размеры фильтрасгустителя с фильтрующей поверхностью 118 м²: диаметр чана 5,75 м, высота цилиндрической части 2,91 м, емкость чана 108 м³; число фильтрующих секций в аппарате 23, число патронов 230.

Фильтры-сгустители быстро отделяют раствор от шлама.

Фильтрующая поверхность патронов полностью погружена в жидкость, что обеспечивает высокую производительность аппарата и небольшие затраты энергии на создание вакуума. Кроме того, фильтровальную ткань на патронах каждой секции можно менять, не останавливая весь фильтр.

Однако наряду с этими достоинствами фильтры-сгустители имеют существенные недостатки: значительные трудовые затраты

на обслуживание, неблагоприятные условия труда, большой расход фильтровальной ткани н небольшая степень уплотнения шлама, чем вызывается необходимость в многократной его промывке.

Примерная аппаратурно-технологическая схема фильтрации и промывки нефелинового шлама показана на рис. 86. Пульпа из мельницы поступает в фильтр-сгуститель основной фильтрации /, фильтрат из которого направляется на обескремнивание, а сгущенный шлам — на ногократную промывку (па схеме—шестикратную) в системе фильтров-сгустителей 2. Перед поступлением в фильтр-сгуститель шлам в репульпаторах 3 смешивается в промводой (фильтратом), получаемой в следующем (по ходу шлама) аппарате, чем достигается принцип противотока при промывке. Шлам, поступающий в последний аппарат промывочной цепи, смешивается с горячей водой.

Промытый шлам насосами перекачивается в шламовые бассейны цементного завода (цеха). Крепкая промвода из первого аппарата используется для приготовления оборотного раствора, идущего на выщелачивание спека. Перед подачей в цементное производство шлам может быть подвергнут дополнительному размолу в мельницах домола, чтобы повысить его жидкотекучесть и облегчить транспортирование по шламопроводам. Общее содержание щелочи в шламе в пересчете на Na₂O должно быть не более 2%, а содержание отмываемой щелочи не более 0,5%.

В процессе работы фильтровальная ткань фильтров-сгустителей постепенно зарастает цементирующимся осадком. Капроновая ткань на основной фильтрации работает до 24 ч, после чего ее подвергают регенерации. Для этого отдельные секции вынимают из чана и промывают слабым раствором соляной кислоты и водой.

При эксплуатации фильтров-сгустителей регистрируют и контролируют вакуум в системе, давление сжатого воздуха, концентрацию алюминатного раствора и содержание в нем твердого, расход воды на промывку шлама, содержание щелочи в промытом шламе, ж:т в сгущенном шламе.

Примерный режим фильтрации и промывки шлама: ж:т в пульпе питания фильтров-сгустителей 3,0—3,5, в отбираемом из них шламе от 1,0—1,1 (в фильтре-сгустителе основной (фильтрации) до 0,6—0,7 (в последнем аппарате для промывки); температура воды па промывку не ниже 75 °С, влажность шлама не более 40 %, вакуум в системе 0,05—0,06 МПа, давление сжатого воздуха 0,12—0,13 МПа. После каждой стадии промывки содержание щелочи в промводе должно снижаться примерно вдвое.

Двустадийное выщелачивание. Аппаратурно-технологическая схема двустадийного выщелачивания спека показана на рис. 87. Спек дробится до крупности 8 мм, после чего вибрационным питателем подается в трубчатый аппарат 1, где выщелачивается оборотным щелочным раствором—смесью содощелочного раствора из отделения карбонизации с промводой от промывки шлама на карусельных фильтрах. Слив трубчатого аппарата, представляющий собой крепкий алюминатный раствор, поступает в сборник 5, из которого откачивается в гидроциклон 3 для частичной очистки раствора от увлеченной им твердой фазы. Слив гидроциклонов направляют на обескремнивание. Шлам из трубчатого аппарата влажностью 40—60 % поступает па вторую стадию выщелачивания в стержневую мельницу 2; сюда же подается оборотный раствор. После второй стадии выщелачивания шлам фильтруется и промывается на карусельных вакуум-фильтрах 4 или в фильтрах-сгустителях.

Примерный режим двустадийного выщелачивания: температура оборотного раствора 60—70 °С; концентрация Al₂O₃ и сливе трубчатого аппарата 80—85 г/л; каустический модуль слива 1,4—1,5; содержание фракции +1 мм в шламе, выходящем из мельниц, не более 10 %; ж : т в пульпе 1:1.

По двустадийной схеме целесообразно выщелачивать только пористый спек с минимальным содержанием мелких фракции. При этом основная часть глинозема (75—80%) должна извлекаться на первой стадии выщелачивания. К недостаткам двустадийной схемы можно отнести также вынос большого количества твердой фазы со сливом трубчатых аппаратов, приводящий к дополнительным вторичным потерям Al₂O₃ и Na₂O, неблагоприятные условия труда при обслуживании карусельных фильтров и малым срок службы фильтровальной ткани.

§ 41. Обескремнивание и карбонизация алюминатного раствора

При переработке нефелиновых руд и концентратов часть алюминатного раствора необходимо карбонизировать почти до полного выделения гидроксида алюминия, чтобы в дальнейшем получить чистые содопоташные растворы, а также избежать зарастания осадком гидроксида греющих поверхностных выпарных аппаратов. Поэтому алюминатные растворы поступающие на полную карбонизацию, должны быть подвергнуты глубокому обесремниванию.

После первой стадии обескремнивания в автоклавах до кремневого модуля 300—500 алюминатный раствор делится на два потока. Один поток поступает в содощелочную ветвь, другой—на вторую стадию обескремнивания, а затем—в содовую ветвь. Вторая стадия обескремнивания осуществляется до кремневого модуля 1000—1500 в мешалках с добавкой извести.

В содощелочной ветви из алюминатного раствора выделяют продукционный гидроксид алюминия. Это достигается неполной карбонизацией раствора с последующей декомпозицией или только декомпозицией. Алюминатные растворы, которые наряду с натриевой щелочью содержат и калиевую, при прочих равных условиях разлагаются при декомпозиции быстрее, чем чисто натриевые растворы. Продукционный гидроксид алюминия отделяют от содощелочного раствора, промывают и кальцинируют. Содощелочной раствор после контрольной фильтрации направляют на выщелачивание спека; каустический модуль этого раствора 3—4.

В содовой ветви глубоко обескремненный раствор карбонизируют в одну стадию, а затем подвергают декомпозиции до каустического модуля 2—2,5. Выделенный в содовой ветви гидроксид алюминия используют в качестве затравки в содовой и содощелочной ветвях, а маточный содопоташный раствор, содержащий Al₂O₃ около 1 г/л, направляют на получение соды и поташа.

В содовой ветви можно применять также двустадийную карбонизацию алюминатного раствора с последующей декомпозицией
пульпы. После первой стадии карбонизации в растворе остается Al₂O₃ 3—5 г/л. На второй стадии карбонизации происходит практически полное разложение алюминатного раствора с образованием бикарбоната натрия: Na₂CO₃+СО₂+Н₂О=2NаНСО₃. Маточный раствор после второй стадии карбонизации и декомпозиции содержит Al₂O₃ 0,2—0,3 г/л и NаНСО₃ 11—12 г/л. Гидроксид алюминия, выделенный на первой стадии карбонизации, используют в качестве затравки при декомпозиции в содощелочной ветви.

Алюмокарбонатный кек, получившийся после второй стадии карбонизации и декомпозиции, возвращают на первую стадию карбонизации, а маточный раствор используют для получения соды и поташа.

§ 42. Переработка содопоташных растворов

Основными компонентами содопоташного раствора является Na₂CO₃, К₂CO₃ , K₂SO₄ и КСl. Раствор, полученный методом двустадийной бикарбонатной карбонизации, содержит также NаНСО₃.

Для получения соды и поташа раствор упаривают; различная растворимость соды и поташа позволяет осуществить их раздельное получение. Растворимость поташа, в воде с повышением температуры непрерывно увеличивается и при 100 °С составляет 0,9%; растворимость соды увеличивается с повышением температуры до 32,5°С, а затем снижается и при 100°С составляет 31,1 %.

Ниже рассмотрена технологическая схема переработки содопоташного раствора, получаемого при комплексной переработке кияшалтырских уртитов (рис. 88). Примерный состав этого раствора, г/л: Na₂CО₃ 130; К₂СО₃ 22; К₂SО₄ 10; КСl 1,2. Технологический
процесс переработки содопоташного раствора состоит из следующих основных стадий: нейтрализации исходного раствора, концентрационной выпарки раствора и растворения в нем двойной соли, первой стадии выделения соды, выделения сульфата калия, второй стадии выделения соды, выделения двойной соли, выделения хлорида калия, выделения поташа.

Содержащиеся в растворе бикарбонаты натрия и калия нейтрализуются в гидросмесителе раствором каустической щелочи:

NaHCО₃+NaOН=Na₂CО₃+H₂O. Нейтрализация необходима для предупреждения коррозии аппаратуры, а также для того, чтобы не допустить выделения в осадок содержащегося в растворе гидроксида алюминия. Содержание каустической щелочи и нейтрализованном растворе, и пересчете на Na₂О составляет 0,1- 0,15 г/л.

В результате концентрационной выпарки получают раствор, из которого не кристаллизуются соли (плотность упаренного раствора 1,28—1,30 г/см³), что позволяет удалить из такого раствора значительную часть воды на высокопроизводительных многокорпусных выпарных батареях.

Концентрированный раствор после растворения в нем двойной соли упаривают до концентрации, при которой происходит кристаллизация соды (плотность жидкой (разы 1,38—1,42 г/см³).

В продукционном корпусе батареи поддерживают температуру 93—96°С, при которой в твердую фазу выделяется одноводная

сода Na₂CO₃.H₂O (сода-1). Если температуру в продукционном корпусе поднять до температуры кипения раствора при атмосферном давлении (106—108°С), то в твердую фазу будет выделяться безводная сода. Однако эта температура очень близка к температуре перехода безводной соды в одноводную. Неизбежный переход части безводной соды в Na₂CO₃.H₂O сопровождается цементацией осадка, что затрудняет отделение твердой фазы от жидкой.

Поэтому получение безводной соды на данной стадии выпарки нецелесообразно, Сода-1 характеризуется небольшим содержанием примесей поташа и сульфата калия; ее отделяют от маточною раствора н направляют на сушку.

Сульфат калия K₂SО₄ выделяется при охлаждении до 35—40°С маточного раствора моногидратной соды, к которому для увеличения содержания калийных солей добавляют часть маточного раствора безводной соды. Кроме того, перед кристаллизацией сульфата калия в раствор добавляют конденсат, чтобы общая щелочность разбавленного раствора в пересчете на соду была в пределах 420—450 г/л. В таких условиях происходит кристаллизация сульфата калия с относительно небольшим содержанием примесей соды, поташа и глазерита 3 K₂SО₄.Na₂SO₄ .

После выделения сульфата калия маточный раствор упаривают и выделяют из него соду-2. Температура кипения раствора в продукционном корпусе 108—115°С, давление близко к атмосферному, плотность жидкой фазы суспензии 1,45—1,5 г/см³. В этих условиях происходит кристаллизация безводной соды. Высокое содержание поташа в растворе снижает температуру перехода безводной соды в моногидратную до 70—80 °С, поэтому цементирующего осадка не образуется. По сравнению с содой-1 сода-2 значительно больше загрязнена примесями поташа и сульфата калия.

В маточном растворе безводной соды еще остается 10—12 % Na₂CО₃, и при упаривании этого раствора в твердую фазу выделяется не поташ, а двойная соль (Na,К)₂СО₃. Кристаллизацией двойной соли достигается очистка раствора от соды. Для этого маточный раствор безводной соды смешивают с маточным раствором поташа и полученный раствор упаривают до достижения плотности жидкой фазы 1,64—1,66. Двойную соль возвращают на первую стадию выделения соды.

Маточный раствор двойной соли разбавляют конденсатом до общей щелочности 520—550 г/см³ в пересчете на соду и охлаждают до 10—30 °С. При охлаждении из раствора выделяется в твердую фазу хлорид калия КСl, что необходимо для получения поташа высокого качества. Чем ниже температура кристаллизации, тем полнее выделяется хлорид калия из раствора.

Очищенный от хлора раствор упаривают при атмосферном давлении до плотности жидкой фазы 1,64—1,7 г/см³, после чего охлаждают до 55—75 °С. При охлаждении из раствора кристаллизуется полутораводный поташ К₂СО₃-1,5H₂O. Оставшийся после
кристаллизации поташа маточный раствор возвращают на выпарку с выделением двойной соли. Часть поташного маточника но
мере накопления в нем каустической щелочи и соединений алюминия направляют в глиноземное производство.

На практике применяется также схема переработки содопоташных растворов без выделения сульфата калия и хлористого
калия. В этом случае содержащийся в исходном растворе сульфат калия переходит в основном в соду, а тиосульфаты и хлориды -
в поташ, загрязняя эти продукты.

Концентрирующая выпарка осуществляется в многокорпусных прямоточных батареях, состоящих из выпарных аппаратов пленочного испарения. Растворы с выделением соды упаривают в 3—4- корпусных выпарных батареях, работающих по прямоточной или смешанной схеме. Так как упаривание сопровождается значительным выделением твердой фазы, тo применяют выпарные аппараты с принудительной циркуляцией, создаваемой циркуляционным насосом. Упаривание растворов с выделением двойной соли осуществляется в двухкорпусных противоточных батареях. Высокая концентрация солей в растворах и соответственно высокая их депрессия (30—35°С) не позволяет применять на этой стадии выпарные батареи с большей кратностью использования пара. При выделении поташа раствор упаривают в однокорпусных выпарных
установках.

Для кристаллизации сульфата калия, хлористого калия и поташа применяются двухкорпусные вакуум-кристаллизационные
установки, в которых охлаждение раствора достигается за счет вакуумного испарения части воды. Каждый корпус вакуум-кристаллизационной установки состоит из вакуум-испарителя и кристаллорастителя. В вакуум-испарителе происходит самоиспарение раствора и его охлаждение. Охлажденный раствор стекает в кристаллораститель, где осуществляется зарождение и рост кристаллов.
Температура поступающего в вакуум-испаритель раствора превышает температуру его после самоиспарения всего лишь на 2—5°С, т. е. это значит, что степень пересыщения раствора очень невелика.

Это достигается смешением в определенном соотношении исходного раствора с уже охлажденным раствором из кристаллорастителя. Смешанный раствор циркуляционным насосом полается в вакуум-испаритель. Благодаря малому пересыщению раствора кристаллизующейся солью получаются достаточно крупные кристаллы.

Отделение кристаллов солей от жидкой фазы осуществляется на центрифугах либо непосредственно, либо с предварительным сгущением солей в сгустителях.

Для сушки солей применяют барабанные и аэрофонтанные сушилки. Аэрофонтанная сушилка представляет собой вертикальную трубу с несколькими пережимами по высоте. Благодаря пережимам происходит интенсивное перемешивание материала с горячими газами и увеличивается время пребывания его в сушилке.

Горячие топочные газы поступают в сушилку снизу и подхватывают влажный материал, который подается в сушилку питателем.
Температуру теплоносителя (топочных газов) па входе в сушилку поддерживают при сушке (кальцинации) соды 700—800 °С, при кальцинации поташа —около 700°С. Высушенный материал отделяется от газов в циклонах. После очистки и пенных газоочистителях газы выбрасываются в атмосферу.

Кальцинированная сода из нефелинового сырья должна удовлетворять требованиям ГОСТ 10689—75 (см. § 6). Основные области применения этой соды: производство глинозема и никеля, стекольная и целлюлозно-бумажная промышленности.

Поташ должен удовлетворять требованиям ГОСТ 10690—73 (см. § 6). Применяется поташ в электронной, стекольной, медицинской, строительной и других отраслях промышленности.

Выделяемые из содопоташных растворов сульфат калия и хлористый калий используют в сельском хозяйстве в качестве калийных удобрений.

Кроме рассмотренного нами способа спекания, для переработки нефелинового сырья предложен ряд других способов, прошедших
полупромышленную проверку.

§ 43. Гидрохимический и другие способы переработки нефелинового сырья

По гидрохимическому способу (способ Пономарева —Сажина) разложение нефелина достигается обработкой нефелиновой руды

в автоклавах раствором едкой щелочи и присутствии извести (рис. 89).

При обработке нефелина щелочным раствором глинозем в раствор практически не переходит, так как образующиеся при выщелачивании щелочные алюминаты и силикаты взаимодействуют между собой, образуя щелочные гидроалюмосиликаты, которые
остаются в осадке. Если же выщелачивание нести в присутствии извести, то глинозем переходит в раствор в виде алюминатов натрия и калия, а кремнезем остается в осадке в виде натриево-кальциевого гидросиликата Na₂O.2CaO.2SiO₂.H₂O. Происходящий
при выщелачивании процесс можно представить следующей суммарной реакцией:

(Na, К)₂ О • Al₂O₃ • 2SiО₂ + 2Са (ОН)₂ + 2NaOH == 2 (Na, К) AlO₂ + Na₂О • 2CaO • 2SiO₂ • H₂O + 2H₂O .

Для достаточно полного перевода глинозема в раствор (85—90%) необходима высокая температура (270—280 °С) и высокая концентрация Na₂O в растворе (400—500 г/л). Известь дозируют из расчета 1—1,1 моля СаО на 1 моль SiO₂.

Натриево-кальциевый гидросиликат устойчив только при высоких температурах (выше 270 °С) и при концентрации Na₂O в растворе 200—500 г/л. При снижении температуры Na₂О.2CaO.2SiО₂.H₂O взаимодействует с алюминатным раствором с образованием гидроалюмосиликата натрия и гидроксида кальция, в связи с чем необходимо быстрое отделение автоклавного шлама от алюминатного раствора.

Алюминатный раствор содержит SiO₂ 5—7 г/л, поэтому его требуется обескремнивать. Из обескремненного раствора выделяют
твердый алюминат натрия (см. § 36). Для этого алюминатный и маточный растворы после декомпозиции упаривают до концентрации Na₂O 500—550 г/л, а затем охлаждают до 40—50 °С. При охлаждении из раствора выделяется в твердую фазу около 80 % Al₂O₃ в виде алюмината натрия.

Алюминат натрия отделяют от маточного раствора и после растворения направляют на декомпозицию. Маточн