Конструкция вращающихся печей для спекания бокситов

Особенности технологического процесса спекания бокситов

Способ спекания позволяет перерабатывать практически любой вид алюминиевого сырья. Однако в промышленном масштабе его применяют в основном для переработки двух видов сырья – высококремнистого боксита и нефелина.

Сущность способа спекания заключается в образовании алю­мината натрия при высокой температуре в результате взаимо­действия смеси алюминиевой руды, соды и известняка. Полученный ­при этом пористый спек выщелачивают водой. Раствор алю­мината натрия после выщелачивания разлагают углекислым газом, с выделением в осадок гидроксида алюминия, который для получения безводного глинозема подвергают кальцинации.

Цель спекания – перевести содержащийся в руде алюминий в форму водорастворимого алюмината натрия и связать кремнезем в малорастворимые кальциевые силикаты.

Поэтому в шихту добавляют известняк, который связывает кремнезем в нерастворимое соединение - двукальциевый силикат­ (2CaO·Si0₂):

По способу спекания можно перерабатывать сырье с высоким содержанием кремнезема. Чем выше содержание Si0₂ в сырье­, тем больше известняка добавляют в шихту.

Для низкокремнистых бокситов может быть применено спе­кание боксита с содой без добавки известняка. В этом случае бу­дут иметь место потери Аl₂О_з и Na₂O на связывание Si0₂ в алю­мосиликат натрия, близкие к потерям при гидрохимическом спо­собе производства глинозема.

Дозировка шихты для процесса спекания должна осуществляться с учетом составных частей всех компонентов: основного сырья, известняка, свежей соды, оборотного раствора, топлива, белого шлама (алюмосиликата натрия), образующегося при обескремнивании, и пульпы, получающейся при промывке в скрубберах отходящих газов печей спекания.

Основными составляющими боксита, определяющими количество исходных материалов, поступающих в процесс спекания, являются А1₂О_з, Si0₂, Fе₂О_з и СаО.

Эффективность процесса спекания, его качественные показатели зависят от площади поверхности раздела твердых реагентов и от времени пребывания вещества в реакционной зоне, температуры при которой проходят реакции.

Температура материала и газов в печи спекания изменяется на последовательно проходящих этапах технологического процесса: обезвоживание мокрой шихты, нагрев материала, диссоциация известняка, спекание, охлаждение спека.

В результате спекания при температурах 1200…1300 °С, превращают практически весь оксид алюминия в алюминат натрия. В результате образуются кусковой пористый частично оплавленный спек темно-серого цвета, а также газы, содержащие 10... 12 % СО₂, которые используют для карбонизации алюминатных растворов.

Спек после охлаждения дробят до крупности 6...8 мм и направляют на выщелачивание, которое производят водой и слабым оборотным раствором соды. Цель выщелачивания - перевод твердого алюмината натрия в раствор. Нерастворимый остаток (шлам) отделяют от алюминатного раствора и отправляют в отвал.

Для получения глинозема высших марок, раствор алюмината натрия подвергают очистке от кремния путем его обработки острым паром в течение 2…2,5 часов в автоклавах.

С целью удаления влаги и получения негигроскопичного глинозема гидроксид алюминия подвергают прокаливанию при температуре 1200 °С. После завершения процесса кальцинации глинозем охлаждают и пневмотранспортом направляют в электролизный цех.

Конструкция вращающихся печей для спекания бокситов

Вращающиеся печи используют во многих отраслях промышленности в качестве сушильных, обжиговых, плавильных. Используемы в глиноземном производстве вращающиеся печи для спекания и кальцинации по конструкции практически не отличаются друг от друга.

Основным элементом вращающейся печи является цилиндрический барабан, как правило имеющий одинаковый по всей длине диаметр, но в некоторых случаях для того, чтобы изменить скорость перемещения материалов в определенной зоне печи, в ней выполняют другой диаметр. Барабан печи имеет небольшой уклон к горизонту, составляющий 1…3 град. Технически выполнить такой уклон сложно, поэтому на практике его задают в процентах от общей длины печи.

Общий вид печи представлен на рисунке 2.1.

1 – основание печи; 2 – опорный ролик; 3 – топливосжигающее устройство; 4 – разгрузочная головка; 5 – уплотнительное устройство; 6 – бандаж; 7 – барабан печи; 8 – венцовая шестерня; 9 – труба для подачи шихты; 10 – загрузочный бункер; 11 – двигатель; 12 – шнековый питатель; 13 – отбойное устройство; 14 – загрузочная головка; 15 – малая приводная шестерня.

Барабан печи выполняется из листовой стали толщиной до 40 мм. Корпус выполняет роль металлического каркаса. Внутри барабан футеруют огнеупорным кирпичом, толщина которого изменяется от 230 до 350 мм. Основным материалом для футеровки печей глиноземного производства служит шамот. Высокотемпературные зоны печи выкладывают из хромомагнезитового, магнезитового огнеупорного кирпича. Между футеровкой и металлическим корпусом выполняют 20…30 мм слой засыпки, который выполняет функции температурного шва и теплоизоляции.

Снаружи к корпусу печи крепят бандажи – стальные кольца, толщиной до 500 мм и шириной от 400 до 800 мм. Бандажи с небольшим зазором, учитывающим последующее тепловое расширение барабана, приваривают к корпусу печи. Каждый бандаж свободно катится по двум опорным роликам, ширина которых на 50-100 мм больше ширины бандажа. Количество роликов зависит от длины печи и ее суммарной массы, но существует рекомендация по расстоянию между ними – 25…30 м. Опорные ролики монтируют на массивных металлических плитах, которые устанавливают на столбовые фундаменты. Иногда корпус печи усиливают кольцами жесткости.

На корпусе монтируют большую венцовую шестерню. Ее прикрепляют у корпусу печи с помощью пружин, которые при нагреве корпуса не влияют на диаметр шестерни. Большая шестерня находится в зацеплении с малой приводной, которую вращает электропривод. Барабан печи вращается вокруг своей оси со скоростью 0,6…2 об/мин.

Загрузку осуществляют непрерывно, регулируя темп загрузки с помощью дозатора, как правило шнекового типа. Во время загрузки влажного материала при наличии соды, на внутренней поверхности барабана могут образовываться настыли. Для их удаления в печи существует отбойное устройство, которое представляет собой несколько рельсов, или цепей длиной до 12 метров.

В передней стенке разгрузочной головки предусматривают отверстие для установки горелочного устройства. Его конструкция зависит от вида используемого топлива. В качестве топлива на вращающихся печах используют жидкое топливо, пылеугольное топливо, но чаще всего – газообразное. Также необходимо учитывать, что со стороны топочной камеры в печи находится зона охлаждения, в которой температуру шихты необходимо снизить на 100…150 °С. Это обстоятельство заставляет выполнять горелки очень большой длины, позволяющей вводить их через топочную камеру прямо в барабан на расстояние, зависящее от длины зоны охлаждения. Также горелочные устройства должны обеспечивать максимально возможную длину факела. Кроме того горелочные устройства должны обеспечивать широкий диапазон регулирования характеристик факела. Газовые горелки, применяемые на вращающихся печах можно разделить на однопроводные и многопроводные.

В одноканальных горелках, как правило, нет завихрителей, но для стабилизации фронта горения в выходном сечении сопла предусматриваются специальные решетки или конусные обтекатели (рис. 2.2). Конус позволяет не только стабилизировать горение, но и изменять сечение сопла горелки при постоянном расходе газа, т.е. регулировать длину факела. Скорость истечения составляет 150…250 м/с. Главное приимущество однопроводных горелок – простота конструкции, однако у них имеется ряд серьезных недостатков: При повышенных расходах природного газа на выходе из печи наблюдается повышенное содержание СО в отходящих газах; некоторые однопроводные горелки работают с большим отрывом факела (до 2,5 м); однопроводные горелки не позволяют существенно изменять длину факела.