ТОП 10:

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.







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-17; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.234.254.115 (0.007 с.)