Программа дисциплины (Syllabus) PGA 3302 - Производство глинозема и алюминия (стр. 13 )

Цель кальцинации - обезвоживание Аℓ(ОН)3 и получение из нее практически негигроскопического глинозема, температура кальцинации 1150-12000С.

При нагреве до 110-1200С начинается удаление внешней влаги из гидроокиси, при 2500С гиббсит теряет две молекулы кристаллизационной воды и превращается в белий, при 500-5500С белий превращается в безводный г - Аℓ2О3, при 850-12000С, г - Аℓ2О3 превращается в негипроскопичный L - Аℓ2О3 .

Все превращения (кроме превращения г - Аℓ2О3 L - Аℓ2О3) идут с поглощением тепла (эндотермический процессы), переход г - Аℓ2О3 в L - Аℓ2О3- экзотермический процесс.

Технический глинозем, прокаленный при 1200С  содержит 35-55% L - Аℓ2О3, остальное г - Аℓ2О3.

Для кальцинации применяют трубчатые вращающиеся печи ℓ= 50-110м и Ш=3-4,5м. Печь представляет собой стальной барабан футерованный изнутри огнеупорным кирпичом. Барабан может иметь уширенную зону для увеличения времени пребывания глинозема в зоне высоких температур. Уклон барабана 2,5-3%.

На корпус барабана насажены бандажи (стальные обточенные кольца), которыми он опирается на опорные ролики. Вал каждого ролика установлен в подшипниках, укрепленных в стальной раме. Рама связана с массивным железобетонным фундаментом (опора печи). Печь приводится во вращение от двигателя из редуктора и венцовую шестерню,  насаженную на корпус печного барабана.

Скорость вращения 0,75-1,5 об/мин.

В качестве топлива используют мазут и природный газ.

Мазут подается в печь нагретым до 90-1000С под давлением 15-25 ат. Фужеровка - шамотный к высокоглиноземный кирпич.

Охлаждение осуществляется в барабанных холодильниках - стальной вращающийся барабан, угол камона 5% в направлении противоположному наклону печи: ℓ= 25-50 м; Ш= 2,3-2,5м; н= 2-3 об/мин. Верхний конец барабана фужерован намотным кирпичом, остальная часть не фужерована.

Наружная поверхность барабана с помощью брызгая орашается водой, которая затем собирается в корыто расположенное под холодильником. Для улучшения, теплообмена в нефутерованной части барабана имеются металлические полки.

Для улавливания пыли установлены мультициклоны и электрофильтры.

Рекомендуемая литература: [6], 60-65 стр., [9], 53-58 стр.

Тема 6. Получение глинозема из бокситов способом спекания.

Общая технологическая схема способа спекания. Подготовка шихты к спеканию. Физико-химические основы спекания бокситов с известняком и содой; аппаратурное оформление. Выщелачивание спека. Применяемая аппаратура. Обескремнивание алюминатного раствора, использование белого шлама. Разложение алюминатного раствора карбонизацией. Аппаратурное оформление процесса.

Щелочной способ спекания применяется для переработки бокситов с повышенным содержанием кремнезема.

При спекании боксита с содой и известняком образуется алюминат Nб, нерастворимый двухкальцовый селикат. Спек выщелочивают водой.

Технологическая схема спекания  (рисунок 3).

Исходные материалы - боксит и известняк - после дробления поступают  в мельницы6 размалываются в среде маточного раствора, содержащего оборотную соду. В мельницу также поступает свежая сода и белый шлам, остающийся после обескремнивания Аℓ- натрого раствора.

Компонента шихты зозирают в нужном соотношении. Шихту спекают при температура 1150-12500С. Спек дробят и выщелачивают. В раствор переходит алюминат Nб и некоторое количество кремнезема. Нерастворившаяся часть спека кремния идет в ствол, Аℓ- натный раствор не обескремнивание. При обескремнивании кремнезем выделяют в осадок (белый шлам), котрый содержит еще глинозем и щелочь. Его возвращают на спекание. Обескремненый раствор идет на карбонизацию для выделения Аℓ(ОН)3- обработку раствора газами, содержащим СО2. Гидроокись отделяют от содового раствора, промывают и кальцинируют.

Рисунок 3 – Схема производства глинозема из бокситов щелочным способом спекания

Маточный содовый раствор промывают и кальцинируют. Маточный содовый раствор с промывными водами возвращают на приготовление шихты. Для повышения концентрации его упаривают.

Рекомендуемая литература: [6], 68-71 стр.

Тема 7. Комбинированные способы Байер-спекание.

Параллельный и последовательный варианты переработки бокситов. Преимущества и недостатки комбинированных схем.

Параллельный вариант способа Байер–спекание. Сравнение способов Бaйepa и спекания показывает, что низкокремнистые бокситы выгоднее nеpepaбатывать способом Байера.

С повышением содержания кремнезема в боксите применение способа Байера становится все менее выгодным, так как возрастают потери глинозема и щелочи с красным шламом, находящиеся в стехиометрической зависимости от содержания кремнезема в боксите. Так, при среднем содержании кремнезема в боксите (около 7—8 % для боксита, содержащего 50 % Al2O3) переработка его как способом Байера, так и способом спекания с технико-экономической точки зрения примерно равноценна. При дальнейшем повышении содержания кремнезема в боксите выгоднее перерабатывать его способом спекания. Однако следует иметь

в виду, что окончательный выбор способа переработки боксита определяется не только содержанием кремнезема в боксите, но и многими другими факторами, в том числе минералогическим составом боксита и содержанием в нем примесей.

В настоящее время спекание как самостоятельный способ переработки бокситов имеет ограниченное применение, но широко применяется в сочетании со способом Байера. Объединение в одной технологической схеме способов Байера и спекания позволило разработать так называемый комбинированный щелочной способ производства глинозема из бокситов, который может быть осуществлен по двум вариантам — параллельному и последовательному.

Принципиальная технологическая схема параллельного вариант приведена на рис. 76. Основная масса боксита (низкокремннстого) по этой схеме перерабатывается способом Байера. Параллельно ветви Байера имеется ветвь спекания, в которой перерабатывается определенное количество высококремнистого боксита. Ветвь спекания заканчивается операцией обескремнивания.

Обескремненный алюминатный раствор поступает на декомпозицию вместе с раствором, полученным в ветви Байера. Количество боксита, перерабатываемого в ветви спекания, обычно определяется из расчета полной компенсации содой потерь щелочи в обеих ветвях. Каустическая щелочь, необходимая для возмещения потерь в ветви Байера, образуется из соды при спекании и вводится в ветви Байера с алюминатным раствором ветви спекания. Выделяющаяся при спаривании оборотного раствора сода направляйся в ветвь спекания.

Следовательно, в ветви спекания происходит термическая каустификация как оборотной соды, так и свежей, вводимой для возмещения потерь щелочи в процессе: Na2CО3+Al2O3=Na2O. Al2O3 + СО2, Na2CО3 +Fe2О3= Na2О. Fe2О3 + CО2. Вместе с поступающей на спекание оборотной содой из процесса выводятся (выгорают) органические примеси.

Таким образом, переработка бокситов по параллельной схеме позволяет заменить каустическую щелочь, потребляемую в ветви Байера, более дешевой кальцинированной содой. Кроме того, благодаря переработке в спекательной ветви оборотной соды упраздняется операция каустификации соды в ветви Байера, что особенно важно при переработке высококарбонатных бокситов, а в ветви спекания упраздняется операция карбонизации, что упрощает операцию обескремнивания, так как при декомпозиции по сравнению с карбонизацией предъявляются менее жесткие требования к кремневому модулю алюминатных растворов. Наконец, при работе по параллельной схеме создаются лучшие условия для декомпозиции алюминатных растворов, которая проводится при меньшем каустическом модуле в начальной стадии процесса, что достигается смешением более концентрированного раствора ветви спекания (с низким каустическим модулем) с менее концентрированным раствором ветви Байера (с повышенным каустическим модулем).

Недостатком же параллельной схемы является увеличение количества щелочи, находящейся в обороте.

При переработке бокситов с повышенным содержанием серы образующийся в процессе спекания сульфат натрия накапливается в оборотных продуктах. Для организованного вывода сульфата натрия декомпозицию алюминатного pacтвopa гидрохимической и спекательной ветвей часто проводят раздельно. При упаривании маточного раствора спекательной ветви до определенной концентрации выделяется содосульфатный осадок, содержащий 70—75 %
Na2SO4) и 20—25% Nа2СО3. Этот осадок является побочным продуктом и используется в целлюлозно-бумажном и стекольном производствах.

В спекательной ветви параллельной схемы Байер-спекание может быть использован низкокремнистый боксит. В этом случае для спекания применяется безызвестняковая (двухкомпонентная) шихта из расчета получения следующего молекулярного соотношения и спеке (каустический модуль шихты):

Na2О/(Al2O3 + Fe2О3 + SiO2 + SO3) ≈ 1.

При спекании двухкомпонентной шихты Al2O3 и Fe2О3 связываются соответственно в алюминат и феррит натрия, a SiO2 и SO3—в силикат и сульфат натрия. Шихту, состоящую из боксита, оборотной и свежей соды, спекают в трубчатых вращающихся исчах. Спек поступает в шаровые мельницы, где выщелачивается промводой от промывки красного шлама. Для получения алюминатного раствора с нужным каустическим модулем (1,5—1,65)
в мельницы подают часть маточного раствора, образующегося при декомпозиции. Выходящая из мельниц пульпа состоит из алюминатного раствора и красного шлама. Для обескремнивания раствора пульпу выдерживают в течение нескольких часов в батарее последовательно соединенных мешалок. При обескремнивания кремнезем из раствора переходит в осадок в виде гидроалюмосиликата натрия, что приводит к потерям Al2O3 и Na2O. Присутствующий в спеке двухкальциевый силикат при выщелачивании и обескремнивании разлагается практически полностью, что также приводит к потерям Al2O3 и Na2O. Поэтому безызвестняковая шихта применима только при переработке низкокремнистых бокситов.

На одном отечественном заводе, работающем по параллельной схеме Байер-спекание, ветвь спекания заканчивается операцией выщелачивания спека. Пульпа, полученная при выщелачивании спека в мельницах, поступает в систему промывки красного шлама ветви Байера, где алюминатный раствор из пульпы переходит
в промводу, а шлам промывается вместе со шламом байеровской ветви. Применение такого способа переработки боксита в спекательной ветви позволило уменьшить загрязнение раствора кремнеземом н исключить операцию обескремнивания. Основной недостаток этой схемы — большие потери полезных компонентов в промывной системе.