Билет№8 Производство глинозема по способу спекания

Способ спекания для получения глинозема из высококремнистых (> 6—8 % SiO₂) бокситов с кремниевым модулем менее 5—7 и из нефелиновых руд; способ пригоден также для переработки любого алюминиевого сырья.

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

Производство 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 Na₂CO₃, 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:

• Al₂O₃ + Na₂,CO₃ = Na₂O • Al₂O₃ + СО,

а кремнезем связывается в малорастворимые силикаты: SiO₂, + 2СаО = 2СаО • SiO₂. С содой реагирует также Fе₂O₃ боксита, образуя Nа₂O • Fe₂O₃. 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.

Выщелачивание с целью получения глинозема 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. Загружаемый через бункер 1 в сосуд высотой 26 м спек благодаря непрерывной выгрузке секторными разгружателями 2 движется вниз и промывается встречным потоком воды. В воде растворяется алюминат натрия, вода разлагает также феррит натрия Na₂O • Fе₂O₃ и Fе₂O₃ выпадает в осадок. Продуктами выщелачивания являются алюминатныи раствор и красный шлам, содержащий Fе₂O₃, Al₂О₃, SiO₂, СаО. В алюминатный раствор переходит немного кремнезема в виде гидросиликатов, в связи с чем раствор подвергают обескремниванию.

Обескремнивание алюминатного раствора осуществляют в батарее автоклавов длительной (~ 2,5 ч) выдержкой при температуре 150-170 °С. В этих условиях вырастают кристаллы нерастворимого в воде соединения Na₂O • Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2Н₂O (иногда к раствору добавляют известь, в этом случае образуются кристаллы СаО • Al₂O₃ • 2SiO₂ • 2Н₂O). Из автоклавов 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 Al₂O₃ • 3Н₂O (карбонизация заменяет декомпозицию в способе Байера). Карбонизацию осуществляют в сосудах цилиндрической или дилиндроконической формы объемом до 800 м³ пропусканием через раствор отходящих газов спекательных печей, содержащих 10-14% СO₂. Газы перемешивают раствор, а СO₂ разлагает алюминат натрия:

• Na₂O • Al₂O₃ + CO₂ + 3Н₂0 = Al₂O₃ - 3H₂O + Na₂CO₃

и гидроксид алюминия выпадает в осадок.

Далее проводят те же технологические операции, что и в способе Байера: отделение Al₂O₃ • 3H₂O от раствора и кальцинацию — обезвоживание гидроксида алюминия прокаливанием в трубчатых печах с получением глинозема Al₂O₃.

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 • Al₂O₃ • 2SiO₂ + 4CaCO₃ = (Na, K)₂O • Аl₂О₃ + 2(2СаО • SiO₂) + 4СO₂.

В результате этой реакции входящие в состав нефелина Na₂O и К₂O обеспечивают перевод глинозема в водорастворимые алюминаты, а СаО связывает кремнезем в малорастворимый двухкальциевый силикат. Получаемый спек охлаждают в холодильниках и дробят.

Выщелачивание нефелинового спека с целью получения из него глинозема, 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 обескремнивания 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 (К₂СO₃) и кальцинированную соду (Na₂CO₃); 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 производства глинозема по способу Байера, получая глинозем.

Примерный расход материалов на производство 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.