Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА



Как уже отмечалось, технология производства алюминия сос­тоит из двух стадий: первая— производство глинозема и вторая — электролитическое получение алюминия из глино­зема. За рубежом практически весь глинозем ролучают из бокситов в основном способом Байера (К.И.Байер — австрий­ский инженер, работавший в России), на отечественных за­водах глинозем получают из бокситов способом Байера и из бокситов и нефелинов способом спекания. Оба эти способа относятся к щелочным методам выделения глинозема из руд. Способ Байера экономически целесообразно использовать для переработки бокситов с небольшим содержанием Si02 (с кремниевым модулем Al203/Si02 более 5-7), поскольку при росте количества Si02 все больше А1203 и используемой в процессе щелочи теряются из-за образования химического соединения Na20 • А12Оэ • 2Si02 • 2Н20.

Для переработки бокситов с кремниевым модулем менее 5—7 более экономичным является способ спекания. В связи с истощением богатых глиноземом месторождений боксита и вовлечением в производство более бедных бокситов, доля способа Байера в производстве глинозема снижается и воз­растает доля способа спекания.

Способ Байера

Способ Байера — способ выделения глинозема из боксита — основан на выщелачивании, цель которого растворить содер­жащийся в боксите оксид алюминия А12Оэ, избежав перевода в раствор остальных составляющих боксита (Si02, Fe203 и др.). В основе способа лежит обратимая химическая реак­ция:

А1203п Н20 + 2NaOH = NazO ■ Al203 + (n + l)H20.

При протекании реакции вправо глинозем в виде алюмината натрия переходит в раствор, а при обратном течении реак­ции образующийся гидратированный А12Оэ выпадает в осадок. Упрощенная схема производства глинозема по способу Байера


 




           
   
   
 
 
 

боксит Едкийнатр 1 Дробление

Известь

---- \ I\ г^

покрое измельчение

Пульпа

\

Автоклавное выщелачивание

\ \

Раздадление пульпы

Ар_

Сгущение шлама

Ал/опинатныи раствор Красный шла*

—it \r~

Декомпозиция Лронывка

Гидратная пума У""» *"&Ш.

|________________ , ♦ i

3 отвал \_____

Сгишение и классификация гидроксида

г----- Т 1

Затравка крупная ваточныйраствор

I фракция I

_____ i________ J | Выпаривание

фильтрация и промывка I

Отделение соды Гидр оксид алюминия

\ Сода Раствор

Кальиинаиия Известь

--- 1--- ------------- | *

Глинозем Каустисрикаиия

На электролиз Велыйшлам Щелочной раствор

I Г_____

На извлечение глинозема \------------------

Рис.244. Упрошенная схема производства глинозема по способу Байера


показана на рис. 244. Ниже описаны основные операции это­го способа.

Исходная лулыкг
Отраво/панная лулма

1. Подготовка боксита к выщелачиванию. Боксит дробят иразмалывают до фракций размером 0,05—0,15 мм в среде до­бавляемой щелочи и оборотного раствора щелочи NaOH, добавляют также немного извести, активизирующей выщела­чивание.

2. Выщелачивание. Полученную при помоле пульпу направ­ляют на выщелачивание. Для полного протекания приведенной выше реакции вправо (образования алюмината натрия) необ­ходимы щелочная среда, высокое давление (~ 3 МПа), нагрев пульпы до 100-240 °С (в зависимости от сорта боксита) и ее длительное (около 2 ч) пере­мешивание. Такие условия обеспе­чиваются в автоклавах — сосудах, работающих под давлением. Приме­няемые автоклавы представляют собой (рис.245) стальной цилинд­рический сосуд диаметром 1,6-2,5 и высотой 13,5—17,5 м. Дав­ление в автоклаве 2,5—3,3 МПа, пульпу подают сверху, снизу че­рез патрубок 2 с барботером 3 — пар, который нагревает и переме­шивает ее. Из автоклава пульпа выдавливается через трубу 1.

Пульпу обычно пропускают че­рез батарею из 6—10 последова­тельно установленных автоклавов, где в течение ~ 2 ч содержащийся в пульпе в виде А12Оэ ' Н20, А12Оэ • ЗН20 и А12Оэ глинозем реагирует со щелочью (реакция приведена выше), переходя в NaaO • Al203. В первый автоклав пульпу подают насосом, предвари­тельно подогрев до ~ 150 °С, из последнего автоклава пульпа по­падает в два автоклава-испари-

Рис. 245. Автоклав для вы­щелачивания боксита


теля, в которых давление снижается до атмосферного. Про­дуктом является автоклавная пульпа, состоящая из алюми-натного раствора (содержащего Na20 • А12Оэ) и шлама (осадка, в который выпадают остальные примеси боксита).

3. Разделение алюминатного раствора и шлама после раз­бавления пульпы водой производят в сгустителях (отстойни­ках) — сосудах диаметром 15—50 м, на дне которых оседает шлам, а через верх сливается: отстоявшийся алюминатный раствор. Его дополнительно пропускают через фильтры и направляют на следующую операцию — декомпозицию. Получае­мый красный шлам (окраску ему придают частицы Fe203) идет в отвал, шлам содержит, %: А|2Оэ 12—18, Si02 6—11, Fe203 44-50, CaO 8-13.

4. Разложение алюминатного раствора, называемое также декомпозицией или выкручиванием проводят с целью перевес­ти алюминий из -раствора в осадок в виде А12Оэ • ЗН20, для чего обеспечивают течение приведенной выше реакции выще­лачивания влево, в сторону образования Д12Оэ • ЗН20. Что­бы указанная реакция шла влево, необходимо понизить дав­ление (до атмосферного), разбавить и охладить раствор, ввести в него затравки (мелкие кристаллы гидрооксида алю­миния) и пульпу для получения достаточно крупных кристал­лов А1203 • ЗН20 перемешивать в течение 50—90 ч.

Этот процесс осуществляют в серии установленных после­довательно и соединенных перепускными сифонами декомпо-зеров, через которые последовательно проходит пульпа (алюминатный раствор с выпадающими кристаллами гидроокси­да алюминия). В серии устанавливают 10—11 декомпозеров с механическим перемешиванием или 16—28 декомпозеров с воз­душным перемешиванием пульпы. Первые представляют собой баки диаметром до 8 м, в которых перемешивание осуществ­ляют вращением вокруг вертикальной оси волокуш (гребков). Декомпозеры второго типа, преимущественно применяемые в настоящее время, представляют собой цилиндрические баки высотой 25—35 м и объемом до 3000 м3; снизу в них подают сжатый воздух, перемешивающих пульпу.

5. Отделение кристаллов гидрооксида алюминия от
раствора и классификация кристаллов по крупности.
После
декомпозиции пульпа поступает в сгустители, где гидро­
оксид отделяют от раствора. Полученный гидрооксид в , гид­
росепараторах разделяют на фракцию с размером частиц


40—100 мкм и меЛкую фракцию (размером < 40 мкм), которую используют в качестве затравки при декомпозиции. Крупную фракцию промывают, фильтруют и направляют на кальцинацию

6. Кальцинацию или обезвоживание гидрооксида алюминия осуществляют в футерованных шамотом трубчатых вращающихся печах диаметром 2,5—5 и длиной 35—110 м, отапливаемых природным газом или мазутом. Гидрооксид медленно пере­мещается вдоль вращающегося барабана навстречу потоку горячих газов, температура которых повышается от 200-300 °С в месте загрузки до ~1200°С вблизи горелки у разгрузочного торца барабана. При нагреве гидрооксида идет реакция: А12Оэ • ЗН20 = А12Оэ + ЗН20, заканчивающая­ся при 900 °С. Продуктом является глинозем Al203 (порошок белого цвета).

Извлечение глинозема при использовании описанного спо­соба Байера составляет около 87 %. На производство 1 т глинозема расходуют 2,0—2,5 т боксита, 70—90 кг NaOH, около 120 кг извести, 7-9 т пара, 160-180 кг мазута (в пересчете на условное топливо) и около 280 кВт • ч элект­роэнергии.

2. Способ спекания

Способ применяют для получения глинозема из высококрем­нистых (> 6—8 % Si02) бокситов с кремниевым модулем менее 5—7 и из нефелиновых руд; способ пригоден также для пере­работки любого алюминиевого сырья.

Сущность способа заключается в получении твердых алю­минатов путем их спекания при высоких (~ 1300 °С) темпе­ратурах и в последующем выщелачивании полученного спека.

Получение глинозема из бокситов. Основные стадии этого процесса следующие.

Подготовка к спеканию. Боксит и известняк после дроб­ления измельчают в мельницах в среде оборотного содового раствора с добавкой свежей соды Na2COs, получая пульпу с влажностью 40%.

Спекание ведут в отапливаемых трубчатых вращающихся печах диаметром до 5 и длиной до 185 м. Температура в пе­чи повышается от 200—300 °С в месте подачи пульпы до ~ 1300 °С в разгрузочном конце у горелки. При нагреве оксид алюминия превращается в водорастворимый алюминат натрия:


 



47-3810



Al203 + Na2C03 = Na20 • А1гОэ + CO,

а кремнезем связывается в малорастворимые силикаты: Si02 + 2СаО = 2СаО • Si02. С содой реагирует также Fe203 боксита, образуя Na20 • Fe203. Эти химические соединения спекаются, образуя частично оплавленные куски— спек.

После обжиговой печи спек охлаждают в холодильниках, дробят до крупности 6-8 мм и направляют на выщелачивание.

Спек
 
 

Выщелачивание ведут горячей водой проточным методом в аппаратах различной конструкции: диффузорах (цилиндричес­ких сосудах, куда порциями загружают и выгружают спек), в конвейерных выщелачивателях и др. Наиболее совершенными являются трубчатые выщелачиватели непрерывного действия (рис. 246). Загружаемый через бункер J в сосуд высотой 26 м спек благодаря непрерывной выгрузке секторными раз-гружателями 2 движется вниз и промывается встречным пото­ком воды. В воде растворяется алюминат натрия, вода разлага­ет также феррит натрия

Fe203 и Fe203 выпадает

Na20

Алюминатный раствор
 

в осадок. Продуктами выщелачи­вания являются алюминатный раствор и красный шлам, содер­жащий Fe,0,, ALO,, SiO,, CaO.

В алюминатный раствор перехо­дит немного кремнезема в виде гидросиликатов, в связи с чем раствор подвергают обескремни-ванию.

Горячая вода
г -\ линиях нырас S^Jffiti нерастворимого —4Z____Z}—- ния Na,0 •

Обескремнивание алюминатно-го раствора осуществляют в ба­тарее автоклавов длительной (~2,5ч) выдержкой при темпе­ратуре 150-170 °С. В этих ус­ловиях вырастают кристаллы в воде соедине-

Рис. 246. Схема трубчатого вышелачивателя непрерывного действия
CaO -Al2Cv 2Si02'2H20). Из автоклавов

(иногда к раствору добавляют известь, в этом случае образу­ются кристаллы


выходит пульпа, состоящая из алюминатного раствора и осадка — белого шлама. Далее раствор отделяют от белого шлама путем сгущения и фильтрации. Белый шлам идет в ших­ту для спекания, а раствор направляют на карбонизацию.

Карбонизацию проводят с целью выделения алюминия в осадок А1203 • ЗН20 (карбонизация заменяет декомпозицию в способе Байера). Карбонизацию осуществляют в сосудах ци­линдрической или дилиндроконической формы объемом до 800 м3 пропусканием через раствор отходящих газов спека-тельных печей, содержащих 10-14% С02. Газы перемешивают раствор, а С02 разлагает алюминат натрия:

Na20 • Al203 + COz + ЗН20 = А1203 - 3H20 + Na2COs

и гидроксид алюминия выпадает в осадок.

Далее проводят те же- технологические операции, что и в способе Байера: отделение А12Оэ • ЗНгО от раствора и кальцинацию— обезвоживание гидроксида алюминия прокали­ванием в трубчатых печах с получением глинозема А1203.

Примерный расход материалов на получение 1т глино­зема, т: боксита 3,2—3,6; известняка 1,35; извести 0,025; кальцинированной соды 0,19; условного топлива 1,1—1,2; электроэнергии ~ 800 кВт • т.

Получение глинозема из нефелинов. Нефелиновый концент­рат или руду и известняк после дробления размалывают в водной среде, получая пульпу для спекания. В связи с наличием в составе нефелина щелочей не требуется добавок в шихту соды.

Спекание производят в отапливаемых трубчатых вращаю­щихся печах диаметром 3-5 и длиной до 190 м; пульпу зали­вают в печь со стороны выхода газов, где температура рав­на 200-300 °С, а в разгрузочном конце онна достигает 1300 °С. В процессе нагрева нефелин взаимодействует с известняком:

(Na, K)20 • А1203 • 2Si02 + 4CaC03 =

= (Na, K)20 • А12Оэ + 2(2СаО • Si02) + 4С02.

В результате этой реакции входящие в состав нефелина Na20 и К20 обеспечивают перевод глинозема в водораствори­мые алюминаты, а СаО связывает кремнезем в малораствори­мый двухкальциевый силикат. Получаемый спек охлаждают в холодильниках и дробят.


Выщелачивание нефелинового спека совмещают с его раз­молом и проводят в шаровых или стержневых мельницах в среде горячей воды со щелочным раствором, получаемым пос­ле карбонизации. В процессе выщелачивания алюминаты раст­воряются в воде и остается известково-кремнистый шлам (называемый белитовым), который идет на производство це­мента.

Обескремнивание алюминатного раствора проходит в две стадии. Первую проводят в автоклавах в течение 1,5—2 ч при температуре 150—170 °С; при этом в осадок выпадают содержащие кремнезем алюмосиликаты, этот осадок (белый шлам) идет в шихту для спекания.

Алюминатный раствор после первой стадии обескремнива-ния делят на две части. Одну часть далее подвергают кар­бонизации (так, как при переработке бокситов) с последую­щей декомпозицией, после чего получают в осадке гидроок­сид алюмния и содощелочной раствор, идущий на выщелачива­ние спека.

Вторую часть алюминатного раствора дополнительно обескремнивают в мешалках с добавкой извести при ~ 95 °С в течение 1,5—2 ч. При этом в осадок выпадает известково-силикатный шлам и обеспечивается глубокое обескремнивание алюминатного раствора. Затем этот раствор подвергают кальцинации, получая в осадке гидроксид алюминия и глубо­ко обескремненный содовый раствор, из которого далее в содовом цехе получают поташ (К2С03) и кальцинированную соду (Na2C03); глубокое обескремнивание необходимо для получения этих товарных продуктов.

Кальцинация. Гидрооксид алюминия после обеих ветвей переработки алюминатного раствора подвергают промывке и фильтрации и затем направляют на кальцинацию (обезвожива­ние), которую проводят так же, как в способе Байера, по­лучая глинозем.

Примерный расход материалов на получение 1 т глинозема из нефелинов, т: нефелина 4; известняка 7; извести 0,1; условного топлива 1,5; электроэнергии ~ 1000 кВт • ч. При этом получают около 1 т содопродуктов и до 10 т цемента.




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.