Основы металлургии (стр. 18 )

Для разложения алюминатных растворов в спекательных схемах применяют карбонизацию - способ разложения алюминатных растворов при барботировании через них смеси газов, содержащих СО2. Технологические предпосылки такого способа - наличие отходящих газов печей спекания, содержащих 12-14% СО2; получение карбонатных растворов, которые могут быть эффективно использованы для различных целей. В начале происходит нейтрализация каустической щелочи, а соответственно снижение каустического модуля алюминатного раствора В результате алюминатный раствор становится нестойким, и идет гидролитическое разложение алюмината. Образующаяся в результате едкая щелочь сейчас же связывается в соду вновь поступающей углекислотой, и тем самым создаются условия для дальнейшего разложения алюминатного раствора. Поэтому процесс разложения алюминатного раствора может быть доведен до желаемой глубины. На заключительных стадиях процесса при низких концентрациях Na2OK и AI2O3, образовавшийся раствор с высокой концентрацией Na2Oyгл находится в контакте с выделившейся AI(OH)3, что ведет к образованию новой фазы - гидроалюмокарбоната Na.

Для алюминатных растворов в спекательных схемах применяют различные способы разложения. Один из них полная карбонизация, когда разложение раствора ведут до конца. Она применяется для слабых растворов при переработке нефелинов, в которых маточник от карбонизации поступает затем на производство соды и поташа. Для растворов более высоких концентраций (при переработке бокситов) используется неполная карбонизация. Для выщелачивания нефелиновых спеков используются содо-щелочные растворы. При разложении алюминатных растворов такие растворы получаются при последовательном сочетании карбонизации и декомпозиции.

На эффективность карбонизации (чистота и крупность получаемого гидроксида, производительность отделения и др. показатели) влияют многие факторы. Основной из них – температура. Как правило карбонизацию ведут при 80-90 °С. С понижением температуры возрастает число тонких фракций. Концентрация СО2 в очищенных топочных газах колеблется от 12 до 14%. Чем выше их концентрация, тем ниже их расход, меньше тепла теряется с отходящими газами, выше производительность карбонизаторов. На фракционный состав получаемого гидроксида существенное влияние оказывает перемешивание пульпы. При правильно подобранных режимах перемешивания полу чаемый гидроксид содержит заметно меньше щелочи и имеет равномерный гранулометрический состав. На качество гидроксида Al при карбонизации заметное влияние оказывает степень разложения алюминамного раствора.

4.3  Комбинированные способы производства глинозема.

(последовательный вариант)

Различные способы производства Al2O3 (Байер, спекание, гидрохимические и др.) имеют в сравнении друг с другом достоинства и недостатки. В последние годы выяснилось, что сочетание двух способов (Байер-спекание, Байер-гидрохимии и т, д,) позволяет, используя все преимущества одного из них, с помощью другого свести недостатки первого к минимуму. Далее рассмотрен последовательный вариант Байер – спекание.

По этому варианту высококремнистый боксит перерабатывается в ветви Байера несмотря на большие потери глинозема и щелочи в связи с высоким содержанием SiO2 в боксите. Для возмещения потерь щелочи в байеровской ветви используется процесс спекания полученного красного шлама с содой и известняком.

Для того чтобы можно было перерабатывать в ветви спекания красный шлам есть несколько путей. Один из них предусматривает частичную замену Na2O на СаО при дозировке на образование феррита. Так при переработке тургайских бокситов, содержащих 14-16% Fe2O3 при спекании шихт на базе красных шламов известняк дозируют в шихту из расчета образования СаО*Fe2O3 и 2СаО*Fe2O3 в cooтношении 1:1 при содержании Nа2О*Fe2O3 в спеке не более 14%. Другой способ связан с использованием при спекании шламовых шихт восстановителя (угля). Часть Fe2O3 восстанавливается до FeO, который не образует ферритов натрия и кальция. Поэтому происходит расширение температурной площадки спекообразования, и сокращается расход известняка. Третий способ предполагает с целью улучшения свойств красною шлама использовать магнитную сепарацию для выделения части соединений железа из предварительно обожженного боксита.

В других модификациях последовательно-комбинированного варианта в ветви спекания используют смесь красного шлама и боксита для увелеличения каустификационной способности шихты при малом содержании Fe2O3 в шламе, а также нефелиновая руда (концентрат) с целью исключения соды как источника щелочи. Шламовые спеки характеризуются малым содержанием алюмината и большим содержанием двухкальциевого силиката. Для их выщелачивания используется двухстадийная схема выщелачивания: 1 - в трубчатых выщелачивателях, 2 - в стержневых мельницах с домолом шлама. Выходящая из мельниц пульпа классифицируется на гидроциклонах. Пески фильтруются и промываются на карусельных фильтрах, а слив поступает на згущение и промывку. Алюминатный раствор спекательной ветви направляется на обескремнивание, которое проводится до кремниевого модуля равного 250-300 в одну стадию, поскольку для разложения раствора используется декомпозиция. Необходимость в раздельном обескремнивании и разложении байеровских и спекательных растворов диктуется раздельной выпаркой для выделения содо-сульфатных солей из спекательных растворов Накопление серы в оборотной соде вызывает осложнение при спекании и способствует сокращению площадки спекообразования.

Последовательно-комбинированный вариант Байер-спекание имеет следующие достоинства: 1) потери каустика возмещаются почти полностью или частично эквивалентным количеством более дешевой соды. 2) полнее величина сквозного извлечения Al2O3, при меньшем расходе щелочи.

К недостаткам варианта следует отнести 1) большие капитальные затраты на 1 т А12О3, 2) вариант может применятся только для бокситов с умеренным содержанием Fe2O3 в связи с усложнением процесса спекания при росте содержания Fe2O3.

(Параллельный вариант)

По этому варианту основная масса нискокремнистого боксита перерабатывается в ветви Байера, а меньшая часть высококремнистого боксита в ветви спекания. Обе ветви идут параллельно до получения алюминатного pacтвора, а затем обескремненный алюминатный раствор из ветви спекания смешивают с раствором ветви Баиера и смешанный алюминатный раствор подвергают декомпозиции.

Сода, выпадающая вместе с органическими примесями (рыжая сода) направляется вместо известковой каустификации в ветвь спекания, где вместе со свежей содой используется для переработки новой порции боксита. Основные достоинства параллельного варианта: 1) возможность переработки на одном заводе высококремнистых и низкокремнистых бокситов. Мощность ветви спекания соответствующая тому количеству щелочи, которое нужно для возмещения ее потерь в ветви Байера, составляет обычно 10-15% от мощности завода, 2) потери едкой щелочи в циклe Байера компенсируются содой, каустифицируемой при спекании боксита. Поскольку каустическая щелочь дороже карбонатной то возмещение потерь щелочи содой снижает себестоимость глинозема, 3) ветвь спекания кроме термической каустификации соды, дает дополнительное количество глинозема, 4) с помощью ветви спекания решается проблема вывода органических примесей из процесса, поскольку увлекаемые с рыжей содой соединения полностью выгорают при спекании.

По одной из модификации параллельного варианта Байер-спекание в ветви спекания используется высококачественный малокремнистый боксит с кремниевым модулем более 6. В этом случае применяется двух-компонентная содо-бокситовая шихта, а спековая пупьпа после агитационного выщелачивания в мельницах соединяется с разбавленной автоклавной пульпой.

Основными недостатками парательного варианта является его относительная сложность и повышенные капитальные и энергетические затраты на переделе спекания.

4.4  Производство глинозема из алунитов.

Применительно к алунитам разработана и внедрена восстановительно-щелочная схема их комплексной переработки. Сущность способа – получение глиноземного концентрата, пригодного для переработки способом Байера..

Исходная алунитовая руда подвергается дроблению и сухому размолу, после чего она подается на обжиг и восстановление. Обжиг проводится при 480-5200С в аппаратах КС. При этом происходит дегидратация и разложение алунита на безводные квасцы и γ- Al2O3.

Материал на обжиге нагревается теплом отходящих газов и теплом от сжигания мазута в КС.

Из обжигового аппарата руда идет в восстановительный аппарат, также работающий по принципу кипящего слоя. При восстановительном обжиге происходит восстановление сульфата алюминия и удаление связанной с ним серы:

2[К2SО4•Аl2(SO4)3] + 3S = 2К2SО4 + 2Аl2О3 + 9SO2.

В качестве восстановителя могут использоваться: соляровое масло, керосин, газ, пары элементарной серы и другие восстановители. Температура восстановления 5600С, при этом сульфат алюминия полностью восстанавливается, но образовавшийся оксид алюминия остается в своей γ-модификации, наиболее химически активной.

Полученный при термическом разложении сернистый газ используется в производстве серной кислоты. Восстановленный алунит поступает на выщелачивание оборотным раствором едкой щелочи концентрацией 120 г/дм3при тем-ре 80-900С в течении 30-60 минут. При этом в раствор извлекается 83-90% А12О3 от содержания в восстановленном продукте. Шлам отделяют и промывают в сгустителях, полученный алюминатный раствор обескремнивают в безавтоклавных условиях в присутствии большого количества затравки ГАСНа. Обескремненный алюминатный раствор подвергают выпарки с выделением сульфатов натрия и калия. После отделения выпавших сульфатов раствор разбавляют промводой и подвергают декомпозиции п батареи декомпозеров с перепадом температур от 60 до 450С. Выделившийся гидроксид алюминия после промывки прокаливают в печах с получением товарного глинозема.

Щелочные сульфаты натрия и калия, выделяющиеся при выпарке обескремненного алюминатного раствора, подвергают конверсии раствором КОН по реакции: Na2SO4 + 2КОН = К2SO4 + 2NaОН.

Конверсия проводится в мешалках, из которых полученная пульпа подается на центрифуги или барабанные вакуум-фильтры для отделения сульфата калия от едкого натра. Раствор едкого натра используют для восполнения потерь щелочи в процессе. Сульфат калия сушат и отправляют потребителям как ценное бесхлорное удобрение.