Выпаривание

Растворы после выщелачивания в большинстве случаев бедны по извлекаемому компоненту и, кроме того, содержат в больших или меньших количествах разные примеси. Перед извлечением из них чистых металлов или их химических соединений растворы необходимо очистить от примесей (иначе невозможно затем получить чистый продукт) и осуществить концентрирование по извлекаемому металлу (из бедных растворов металлы извлечь труднее, чем из богатых). Примеси удаляют осаждением в виде малорастворимых соединений, с помощью ионообменных смол или экстракцией. Концентрирование раствора по извлекаемому компоненту также может производиться с помощью ионообменных смол или экстракцией, но чаще используют выпаривание.

Выпаривание (обезвоживание) осуществляют для концентрирования раствора или выделения из него растворенного вещества путем удаления растворителя (чаще всего воды) в виде пара при нагреве раствора. Выпаривание проводят при атмосферном давлении или под вакуумом. В последнем случае даже при меньшей температуре нагрева раствора удается заметно повысить скорость процесса. Нагрев растворов осуществляют электронагревателями, высокотемпературными теплоносителями (маслом, глицерином и др.) и, чаще всего, водяным паром, который называют греющим или первичным. Пар, образующийся при кипении раствора, называют вторичным.

На практике применяют три варианта выпаривания: простое выпаривание в непрерывном или периодическом режимах, многократное непрерывное выпаривание и выпаривание с применением теплового насоса. В последнем варианте вторичный пар сжимают турбокомпрессором или паровым инжектором (повышая таким образом его температуру до температуры греющего пара) и используют для выпаривания. Вываривание - энергоемкий процесс, но его достоинством, в сравнении с другими способами выделения солей, является технологическая простота, универсальность, безреагентность.

Движущая сила выпаривания - разность температур греющего пара и кипящего раствора. Она всегда меньше, чем разность температур первичного и вторичного пара. Это обусловлено тем, что раствор кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель (температурная депрессия, зависящая от концентрации раствора). Кроме того, температура кипения раствора повышается из-за более высокого давления в растворе, чем в паровом пространстве, причиной чему являются гидростатическая, гидравлическая и инерционная депрессии.

Основные показатели процесса: скорость выпаривания (количество воды, удаляемой в единицу времени), удельный расход энергии и структура выделяемой соли - определяются свойствами исходного раствора, поверхностью нагрева, температурой греющего агента и др. По мере выпаривания концентрация раствора возрастает, а скорость выпаривания уменьшается. Зависимость количества выпаренной воды от продолжительности процесса описывается в форме экспоненциальной функции.

Способ обезвоживания в аппаратах кипящего слоя широко используется для интенсивной выпарки растворов с получением гранул солей в схемах производства медного, цинкового купоросов, для ликвидации сточных вод при регулировании водного баланса схемы. Определяющими в производительности установки являются скорость горячего газа, его начальная и конечная температуры.

В схемах производства глинозема после отделении гидроксида алюминия маточные растворы направляют на выпаривание для получения концентрированного щелочно-алюминатного раствора и сведения водного баланса по всему технологическому циклу. Содержание щелочи в исходном растворе 100-150 г/л, после упаривания - 250-400 г/л.

На Николаевском глиноземном заводе для упаривания маточного раствора установлены три шестикорпусных выпарных батареи. Каждая батарея работает по принципу противотока с пятикратным использованием пара. В состав батареи входит следующее оборудование: выпарные трубчатые аппараты с падающей пленкой и поверхностью теплообмена 1700 м² каждый, контактные подогреватели, самоиспарители раствора, чистого и защелоченного конденсата, барометрические конденсаторы и паровой эжекторный агрегат (последние два агрегата - для создания разрежения в выпарном аппарате). Упаренный раствор после четвертой ступени самоиспарения поступает в промежуточные емкости, где смешивается со щелочными растворами с других технологических переделов и откачивается в передел размола бокситов как оборотный раствор. В качестве исходного теплоносителя используется пар с ТЭЦ и пар самоиспарения чистого конденсата отделения выщелачивания. Образующийся в процессе работы выпарной батареи чистый конденсат вторичного пара возвращается на ТЭЦ, а защелоченный используется, в основном, для нужд производства.