Лекция №2 Автоклавы

В гидрометаллургии используется герметичный аппарат — ав­токлав, позволяющий проводить операции при повышенных темпе­ратурах и давлениях.

Разнообразие полиметаллических руд цветных металлов, ра­створов и газовых фаз, применяемых для их обработки, вносит ряд специфических особенностей в конструкцию автоклавов. Использу­ются автоклавы с перемешивающими устройствами и без переме­шивающих устройств, горизонтальные и вертикальные.

Автоклавы без перемешивающих устройств чаще всего изго­тавливаются вертикальными. Материал перемещается в них с по­мощью пара (паралифтные), воздуха или газа— реагента (эрлифтные).

Наиболее просты аппараты, в которых гидрометаллургические процессы проходят без участия газовой фазы.

Паралифтные автоклавы применяются в основном в алюминие­вой промышленности. Перемешивание и подогрев материала осу­ществляют в них острым паром.

Паралифтные автоклавы — сварные цилиндры со сферическими днищами. В верхней их части расположены отверстия для подачи бокситной пульпы, манометр, предохранительный клапан и разгру­зочная труба. Пар подается снизу через днище. Наружная поверх­ность автоклава укреплена слоем тепловой изоляции. Размеры ав­токлавов: диаметр 1,6—2,5, высота 8—14 м.

Температура среды в аппаратах >200°С, давление 2,5—3,0 МПа. К процессам, протекающим без участия газовой фазы, кроме метода получения глинозема по способу Байера, относятся автоклавно-содовое извлечение вольфрама, извлечение марганца, кислотное выщелачивание окисленных никелевых руд.

Наиболее сложными являются автоклавы кислотного выщела­чивания окисленных никелевых руд, установленные на заводе МОА (Куба). Корпус этих автоклавов выполнен из котельной стали, внутри гомогенно освинцован и футерован. Все внутренние детали автоклава, а также патрубки штуцеров изготовлены из тех­нического титана. Автоклав имеет полезную емкость 62 м³, темпе­ратуру среды 250°С, давление 4,0 МПа.

Автоклавы собирают в группы по четыре аппарата. Площадка для обслуживания автоклавов — общая. Кислота подается в реак­ционную зону по патрубку специальной конструкции с небольшим количеством сжатого воздуха, которое позволяет предотвратить попадание пульпы в сернокислотную линию. К группе процессов, протекающих с участием газообразных реагентов, относятся спо­собы окислительного выщелачивания различных сульфидных и арсенидных материалов, операции восстановления металлов водо­родом, оксидом углерода и другими газами.

Промышленные автоклавы без перемешивающих устройств для процессов, протекающих с участием газовой фазы, имеют объемы 40—50 м³ (рисунок 6).

1 — двигатель; 2 — корпус; 3 — перемеши­вающее устройство

Рисунок 6 - Вертикальный автоклав объемом 50 м³

В настоящее время в промышленности внедрен колонный авто­клав для выщелачивания никелевого концентрата от разделения файнштейна. Автоклав состоит из 12 колонн, перемешивание пуль­пы и окисление сульфидов проводят сжатым воздухом, подавае­мым в колонну через диспергатор. Автоклав общим объемом 5 м³ работает при температуре 135—140°С и давлении воздуха 1,5—1,6 МПа. Автоклав с эрлифтным перемешиванием объемом 125 м³, работающий при температуре до 150°С и давлении до 1,5 МПа, вне­дрен в редкометаллической промышленности. Корпус автоклава выполнен из титана. Перемешивание и аэрацию материала осуществляют путем подачи воздуха через диспергатор под эрлифтную трубу. Пульпу подают в автоклав сверху, а разгружают через патрубок, установленный в нижней части корпуса. В корпусе так­же имеются штуцера для установки контрольно-измерительных и предохранительных устройств, пробоотбора, вывода парогазовой фазы и ввода кислоты.

Наиболее универсальными и распространенными аппаратами для процессов, протекающих с участием газовой фазы, являются автоклавы с механическим перемешиванием как горизонтальные, так и вертикальные

Вертикальные автоклавы с механическим перемешиванием имеют обычно небольшую емкость 50 м³. Ось мешалки в таких аппаратах совпадает с геометрической осью автоклава. В автоклаве устанавливается сопло для подачи газа под турбинную мешалку. Для достижения высокой интенсивности перемешивания и хоро­шей диспергации в вертикальных автоклавах устанавливают одну над другой несколько мешалок импеллерного типа. В зарубежной практике вертикальные автоклавы используют в химической про­мышленности и при производстве урана.

В Советском Союзе в производстве редких металлов используют автоклавы объемом 30 и 50 м³, выполненные из нержавеющей стали, для карбонатных и кислотных процессов (рис. 30). Рабочая температура 150°С, давление 1,5—1,6 МПа.

Значительное увеличение емкости вертикальных автоклавов с механическим перемешиванием нецелесообразно технически, так как сопровождается удлинением консольной части вала, на котором необходимо устанавливать одну под другой несколько мешалок. Наибольшее распространение в гидрометаллургии получили многокамерные автоклавы горизонтального типа. Детали корпуса перемешивающих устройств в автоклавах и коммуникации, соприкасающиеся с агрессивными средами, выполняют из коррозионное стойких материалов или применяют футеровку и различные покрытия. Для процессов окислительного выщелачивания в полупромышленных и промышленных условиях используют автоклаве объемом 1,75—2,5 м³ (рисунок 7). Они представляют собой горизонтальный футерованный сосуд, разделенный перегородками на четыре сообщающихся секции. В каждой из секций помещены турбинная мешалка диаметром 0,25 м и змеевиковый холодильник. Автоклав рассчитан на давление 2 МПа и температуру 150°С.

Для окислительного выщелачивания никель-кобальтового штейна используют автоклав объемом 15 м³, работающий при 150—160°С| и давлении 1,0—1,6 МПа. Диаметр автоклава 1,74 м, длина 7,0 м.

1 — перемешивающее устройство; 2 — корпус; 3 — теплообменник;

4 — двигатели

Рисунок 7 - Горизонтальный автоклав объемом 2,5 м³ (t =150°С;

р = 2 МПа; N = 4 кВт; п =735 об/мин)

Он снабжен четырьмя аэрирующими перемешивающими устройст­вами с мешалками турбинного типа диаметром 0,50 м, вращающимися со скоростью 410 об/мин.

Рабочие детали автоклава изготовлены из технического титана марки ВТ1. Корпус автоклава выполнен из стали марки 20, го­могенно освинцован и футерован метлахской плиткой и кислото­упорным кирпичом.

Автоклавы объемом 50 м³ используются для переработки ко­бальтмышьяковой руды. Обработку материала в автоклаве ведут при 100—110°С и общем давлении воздуха 1,5 МПа. Корпус авто­клава диаметром 2,80 и длиной 8,75 м выполнен из стали марки 20 и плакирован сталью 12Х18Н9Т. Из этой же стали изготовлены все детали, соприкасающиеся с раствором. Перемешивание пульпы и диспергацию газа осуществляют с помощью турбинных мешалок диаметром 0,75 м, вращающихся со скоростью 270 об/мин.

В настоящее время разработан технический проект автоклава объемом 320 м³ для окислительного выщелачивания пирротиновых концентратов на Норильском горно-металлургическом комби­нате (рисунок 8). Корпус автоклава и все детали, соприкасающиеся с пульпой, изготавливают из технического титана. Для перемешива­ния и аэрации применены двухъярусные самовсасывающие мешал­ки. Внутри корпус разделен перегородками на четыре секции. Для отвода тепла экзотермических реакций в корпус встроены восемь трубчатых теплообменников.

1- корпус; 2 – перемешивающее устройство; 3 - двигатели

Рисунок 8 - Горизонтальный автоклав объемом 320 м ³

В производстве редких металлов используют автоклавы из двух­слойной стали (сталь марок 20К и 12Х18Н9Т) объемом 125 м³ (рисунок 9). Температура среды в автоклаве 140°С, давление 1,6 МПа. Автоклав такой же конструкции установлен в гидрометаллургиче­ском цехе Надеждинского металлургического завода.

1 — корпус; 2 — теплообменники; 3 —перемешивающее устройство;

4 — электродвигатель

Рисунок 9 - Схема горизонтального автоклава объемом 125 м³

(t =140°С; р =1 6 МПа.; N = 100 кВт; п= 145 об/мин):

Литература:1осн. [142-146], 2 осн., 1 доп.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой автоклав?

2. Каким образом производится периодическое выщелачивание?

3. Какие автоклавы в настоящее время внедрены в промышленности?

4. Какие автоклавы наиболее универсальны и распространены для процессов протекающих с участием газовой фазы?

5. Из какого материала изготавливаются рабочие детали автоклава?

6. Какие материалы используются при изготовлении автоклавов в производстве редких металлов?

Дата добавления: 2014-01-11