Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра металлургии цветных металлов и химической технологии

ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА

Лабораторный практикум по дисциплине

«Металлургия легких металлов».

Специальность «Металлургия цветных металлов» (110200)

Новокузнецк

2004

УДК 669.2/8

Рецензент

Кафедра физической химии и теории металлургических

процессов ГОУ ВПО «СибГИУ»

(заведующий кафедрой )

Производство глинозема: Метод. указ. / Сост.: , : ГОУ ВПО «СибГИУ». – Новокузнецк, 2004. – 26 с., ил.

Представлены работы по дисциплине «Металлургия легких металлов». При выполнении работ студенты знакомятся с основными технологическими стадиями получения глинозема, методикой экспериментального определения выхода глинозема из алюминиевых руд, а также каустического отношения алюминатных растворов.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я  Р А Б О Т А  1

ПОЛУЧЕНИЕ ГЛИНОЗЕМА ИЗ ДИАСПОРОВЫХ И

ДИАСПОРО-БЕМИТОВЫХ БОКСИТОВ ПО СПОСОБУ БАЙЕРА

Введение

Способ Байера является наиболее распространенным и относительно простым методом получения глинозема. Однако для его осуществления требуются высококачественные бокситы с низким содержанием кремнезема (2 ...5 %).

Способ Байера основан на свойстве алюминатных растворов находиться в метастабильном состоянии при повышенных температурах и концентрациях и на самопроизвольном их разложении с выделением в осадок гидроксида алюминия при понижении температуры и концентрации. В основе способа лежат следующие основные реакции:

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Al2O3 · xH2O + 2NaOH + (3 – x)H2O  2NaAl(OH)4,  (1)

NaAl(OH)4  Al(OH)3 + NaOH  (2)

Устойчивость алюминатных растворов при 95...100 ˚С используют для отделения от него красного шлама (нерастворимых минералов и новообразований гидроалюмосиликатов натрия и кальция).

Алюминатные растворы в качестве основных компонентов содержат алюминат натрия и едкий натр, в меньших количествах присутствует сода. Важной характеристикой алюминатных растворов является каустический модуль – молярное отношение каустической щелочи к :

,  (3)

Технологическая схема получения глинозема по способу Байера показана на рисунке 1. Для извлечения глинозема боксит тонко измельчают и подвергают обработке в автоклавах оборотным алюминатным раствором. Количество алюминатного раствора для выщелачивания боксита рассчитывают по уравнению:

,  (4)

где – объем оборотного раствора на 1 т боксита, м3;

        – количество на 1 т боксита, кг;

        и – каустические модули оборотного и алюминатного растворов соответственно;

        – общее содержание в оборотном растворе, кг/м3;

        и – содержание в 1 т боксита растворимых и , кг.

На скорость и степень выщелачивания бокситов оказывают влияние следующие факторы: температура, концентрация щелочи и каустический модуль оборотного раствора, крупность измельченного боксита, скорость перемешивания пульпы и добавка извести.

Вскрытие гиббситовых бокситов с приемлемой для практики скоростью осуществляется при 95...105 єС, бемитовых – при 150...200 єС и диаспоровых – при 230...245 єС при использовании оборотных растворов с 280...300 г/л .

Легковскрываемые гиббситовые бокситы измельчают перед выщелачиванием до крупности менее 0,2...0,5 мм; трудновскрываемые диаспоровые бокситы измельчают до зерен менее 0,07...0,08 мм.

Процесс выщелачивания в зависимости от условий протекает в кинетической или диффузионной областях. Выщелачивание трудновскрываемых диаспоровых бокситов при 230...245 єС протекает в начальной стадии в кинетической, а в завершающей – в смешанной и диффузионной областях. Перемешивание при выщелачивании бокситов играет положительную роль.

Интенсификация процесса выщелачивания наблюдается при увеличении концентрации каустической щелочи и каустического модуля оборотного алюминатного раствора.

В процессе выщелачивания, помимо , в растворе растворяются и другие компоненты боксита. Высокой растворимостью в щелочном растворе обладает кремнезем:

SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O  (5)

Рисунок 1 – Принципиальная схема производства глинозема

по способу Байера

1,7Na2SiO3 + 2NaAl(OH)4 = Na2O·Al2O3·1,7SiO2·1,3H2O +

+ 3,4NaOH  (6)

Образованием гидроалюмосиликата натрия обуславливаются основные химические потери оксида алюминия и щелочи с отвальным красным шламом. Поэтому способом Байера перерабатывают низкокремнистые бокситы, кремневый модуль которых не превышает значений, равных 6...7:

(мас.) < 6...7  (10)

Положительное влияние извести заключается в увеличении скорости и глубины растворения минералов диаспора и бемита. При добавлении извести образуется гидроалюмосиликат кальция 3CaO·Al2O3·SiO2·xH2O, который является менее растворимым, чем гидроалюмосиликат натрия, и препятствует осаждению последнего на зернах алюминиевых минералов.

Условия выщелачивания бокситов должны обеспечивать максимальное извлечение из сырья и необходимую степень обескремнивания алюминатного раствора. Фактическое извлечение из боксита в раствор определяется следующим образом:

  (7)

где – содержание в красном шламе и боксите, %;

        – содержание в шламе и боксите, %;

        – содержание в шламе, %.

Полученный алюминатный раствор разбавляют водой до определенной концентрации . Разбавление необходимо для завершения обескремнивания алюминатного раствора и снижения его вязкости до величин, обеспечивающих отделение красного шлама.

После отделения красного шлама производится операция декомпозиции. Процесс декомпозиции продолжается длительное время (50...60 ч) при непрерывном перемешивании алюминатного раствора в присутствии центров кристаллизации – затравки свежеосажденного гидроксида алюминия от предыдущей операции. В некоторых случаях операция декомпозиции может быть заменена карбонизацией раствора. Разложение алюминатных растворов основано на протекании реакций гидролиза алюмината натрия и нейтрализации ;

NaAl(OH)4 = NaOH + Al(OH)3,  (8)

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O.  (9)

Выделившийся при разложении раствора гидроксид алюминия отфильтровывают, промывают и прокаливают при температуре 1200...1250 єС. Целью завершающего процесса является перевод гидроксида алюминия в товарный глинозем, состоящий на 70...75 % из г- и на 25...30 % из б-. Условия кальцинации должны обеспечивать необходимую структуру и форму зерен глинозема, содержание б - и г-модификаций, максимальное разукрупнение исходного гидроксида.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является получение глинозема по способу Байера из диаспоровых и диаспоро-бемитовых бокситов, определение выхода глинозема из боксита, извлечения в алюминатный раствор и каустического отношения раствора.

Описание установок

Выщелачивание бокситов осуществляют в автоклавах 2, помещаемых в обогреваемый воздушный термостат 1 (рисунок 2).

Автоклавы снабжены свинцовой прокладкой, которая обеспечивает необходимую для процесса герметичность. Завинчивание верхней крышки осуществляется с помощью ключа. Для закрепления автоклавов предусмотрена специальная рама. Электромотор 8 обеспечивает вращение рамы со скоростью 15...20 об/мин. При помощи терморегулятора 5 в термостате поддерживается заданная температура (давление) выщелачивания.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4